Pourquoi la salinité marine compte plus que vous ne le pensez

Bien que souvent négligés dans les discussions publiques sur le changement climatique, la salinité agit comme un moteur principal de la circulation océanique et contribue à réguler la distribution de chaleur à travers la planète. Comprendre comment les concentrations de sel varient et changent au fil du temps est essentiel pour prédire les conditions climatiques futures, gérer les pêches et protéger les communautés côtières. Cet article explore les mécanismes qui contrôlent la salinité océanique, son rôle essentiel dans la régulation climatique et les conséquences des changements continus entraînés par un monde qui se réchauffe.

Qu'est-ce que la salinité océanique?

La salinité océanique se réfère à la concentration totale de sels dissous dans l'eau de mer. Le sel dominant est le chlorure de sodium (NaCl), qui représente environ 85 % des solides dissous, mais l'eau de mer contient également des quantités importantes d'ions magnésium, calcium, potassium et sulfate. La salinité est le plus souvent exprimée en unités de salinité pratique (USP) ou parties par millier (ppt), la moyenne mondiale étant d'environ 35 ppt. Cette valeur est remarquablement stable sur de longues périodes, mais elle présente une variabilité régionale importante qui est critique pour la physique et la biologie océaniques.

La salinité n'est pas une propriété statique. Elle change en fonction de l'équilibre entre les apports et les sorties d'eau douce à la surface de l'océan. L'évaporation élimine l'eau pure, laissant les sels derrière et augmentant la salinité. Précipitations, ruissellement de rivière et fonte de la glace ajoutent de l'eau douce, baissent la salinité. Cette interaction crée des patrons de salinité distincts à travers le globe, des gyres très salés subtropicals aux eaux plus fraîches près des régions polaires et des embouchures de rivière.

Facteurs qui déterminent les variations de salinité

Plusieurs processus interconnectés régissent la distribution du sel dans les océans du monde. La compréhension de ces facteurs est essentielle pour interpréter les changements observés et prédire les tendances futures.

Évaporation et précipitation

Dans les régions subtropicales où le chauffage solaire est intense et où la circulation atmosphérique favorise les conditions sèches, l'évaporation dépasse largement les précipitations, ce qui crée des maximes de salinité à grande échelle, comme dans le gyre subtropical de l'Atlantique Nord, où les salinités peuvent dépasser 37 ppt. Inversement, la zone de convergence intertropicale et les régions à haute latitude reçoivent des précipitations abondantes, diluant les eaux de surface et produisant des minima de salinité inférieurs à 33 ppt. Ces contrastes entraînent des différences de densité qui déclenchent et maintiennent les courants océaniques.

écoulement de la rivière et déversement des eaux souterraines

Les principaux systèmes hydrographiques comme l'Amazonie, le Congo et le Gange-Brahmaputra créent de vastes panaches d'eau de faible salinité qui s'étendent sur des centaines de kilomètres au large. Les eaux souterraines submarines contribuent également à l'eau douce, même si leur influence est plus localisée. Les changements dans le débit des rivières dus à la construction de barrages, à l'irrigation ou à la modification des modèles de précipitations peuvent avoir des répercussions directes sur les régimes de salinité côtière, avec des conséquences pour les écosystèmes locaux et les pêches.

Formation et fusion de glace de mer

Dans les régions polaires, le cycle saisonnier de croissance et de fonte de la glace de mer exerce un contrôle puissant sur la salinité. Lorsque l'eau de mer gèle, la majeure partie du sel est expulsée des cristaux de glace et concentrée dans l'eau sous-jacente, un processus appelé rejet de la saline. Cela produit de l'eau froide, dense et à haute salinité qui coule et aide à la circulation profonde de l'océan.

Courants océaniques et mélange

L'avis des courants océaniques redistribue la salinité des régions d'évaporation nette aux régions de précipitations nettes. Le Gulf Stream, par exemple, transporte de l'eau chaude et salée de l'Atlantique Nord subtropical vers les mers nordiques, où il influence la formation d'eaux profondes. Le mélange turbulent, entraîné par les vents, les marées et les tourbillons, lisse également les gradients de salinité au fil du temps. L'action combinée de la circulation et du mélange détermine la distribution tridimensionnelle du sel dans l'océan, qui est au centre du système climatique de la planète.

Le rôle pivot de la salinité dans la régulation du climat

La salinité n'est pas seulement un traceur passif; elle participe activement au système climatique en contrôlant la densité de l'eau de mer et donc en motivant la circulation thermohaline. La densité dépend à la fois de la température et de la salinité, mais la salinité joue un rôle particulièrement important dans les latitudes élevées où les différences de température sont faibles.

La ceinture de transport mondiale

La circulation des thermohalines, souvent décrite comme la bande transporteuse mondiale, est une circulation lente et profonde qui relie tous les grands bassins océaniques. Elle transporte de grandes quantités de chaleur, de carbone et de nutriments autour de la planète. La circulation est entraînée par le naufrage d'eau dense à de hautes latitudes, en particulier dans l'Atlantique Nord et autour de l'Antarctique. Cette eau dense se forme lorsque le refroidissement et le rejet de saumure augmentent la densité suffisamment pour que les eaux de surface s'enfoncent à de grandes profondeurs.

Transport thermique et climat régional

La circulation thermohaline redistribue la chaleur des tropiques vers les pôles, modérant le climat de nombreuses régions. Le secteur de l'Atlantique Nord est particulièrement sensible aux changements de salinité parce que la formation d'eau profonde y libère de grandes quantités de chaleur dans l'atmosphère. Cette chaleur maintient le nord-ouest de l'Europe à plusieurs degrés plus chaud qu'elle ne le serait autrement à cette latitude. Si la salinité diminue en raison de l'augmentation des précipitations ou de l'apport d'eau de fonte, la formation d'eau profonde pourrait s'affaiblir, réduisant le transport de chaleur vers le nord et potentiellement refroidir certaines parties de l'Europe.

Stockage du carbone et acidification des océans

La salinité influence également la capacité de l'océan à absorber le dioxyde de carbone de l'atmosphère. La solubilité du CO2 dans l'eau de mer dépend de la température et de la salinité, avec des eaux plus froides et plus salées capables de contenir plus de carbone inorganique dissous. La formation d'eau profonde transporte ce carbone dans l'intérieur de l'océan, où il peut rester pendant des siècles à des millénaires.

Les modèles régionaux de changement de salinité

Les observations des dernières décennies révèlent un changement clair de salinité qui est compatible avec un cycle d'eau mondial en plein essor. Les régions salées des océans subtropicals deviennent plus salées, tandis que les régions fraîches des latitudes élevées et tropiques deviennent plus fraîches. Cette amplification des contrastes existants est précisément ce que les modèles climatiques prédisent pour un monde plus chaud, où l'air plus chaud peut contenir plus d'humidité, ce qui entraîne une plus forte évaporation des régions sources et des précipitations plus lourdes ailleurs.

Le bassin atlantique

L'Atlantique Nord a connu des changements importants de salinité au cours des dernières décennies. Le gyre subpolaire est devenu plus frais, particulièrement dans la mer du Labrador, en raison de précipitations et de la fonte de la glace accrues. Ce rafraîchissement peut réduire la formation d'eau profonde et affaiblir la circulation de l'Atlantique Meridional.

Pacifique et Océans indiens

Les événements d'El Niño perturbent ce phénomène en changeant les précipitations et les courants océaniques, provoquant des anomalies de salinité qui peuvent être considérées comme des prédicteurs de la variabilité climatique. Dans l'océan Indien, les changements de salinité sont liés à la force de la mousson et à l'afflux d'eau douce des principales rivières. La baie du Bengale, en particulier, reçoit une énorme quantité d'eau douce, créant une haute mer fortement stratifiée qui module l'intensité des cyclones et la productivité biologique.

Océan Austral et Arctique

L'océan Austral est une région critique pour la salinité et le climat mondiaux, car il est le principal site de formation d'eau profonde autour de l'Antarctique. Ici, le rejet de saumure durant la production de glace de mer crée une eau dense qui coule et alimente l'océan abyssal. La chaleur et l'augmentation de l'apport en eau douce provenant des plates-formes de fonte des glaces rafraîchissent la couche de surface, ce qui peut réduire la formation d'eau de fond de l'Antarctique.

Impact des changements de salinité sur la vie marine

La salinité affecte l'osmorégulation, la flottabilité, la reproduction et le développement des larves. Lorsque la salinité s'écarte des niveaux optimaux, les organismes subissent un stress physiologique qui peut réduire la croissance, augmenter la mortalité et modifier la composition de la communauté.

Récifs coralliens et écosystèmes côtiers

Les coraux et leurs algues symbiotiques ont une tolérance étroite pour la variation de la salinité et une exposition prolongée à une faible salinité peut causer le blanchiment et la mort. Les récifs près des bouches des rivières ou dans les régions où les précipitations sont abondantes sont particulièrement vulnérables. Les forêts de mangroves et les prairies de prairies de la mer ont également des besoins spécifiques en salinité, et les changements dans l'apport en eau douce peuvent déplacer la zonation de ces habitats.

Poissons et pêche

Dans la mer du Nord, les changements de salinité ont été liés à des changements dans la répartition des stocks de poissons, à mesure que les espèces se déplacent pour suivre leur habitat optimal. Pour les espèces dépendantes des estuarines comme les crevettes et les menhaden, la salinité détermine leur accès aux aires de pépinière et leur exposition aux prédateurs. À mesure que les modèles de salinité changent avec le changement climatique, les gestionnaires des pêches doivent adapter leurs stratégies pour tenir compte de l'évolution de la répartition des espèces et de la productivité.

Plancton et le Web de la nourriture marine

Le phytoplancton, la base du réseau alimentaire marin, est sensible à la salinité parce qu'il affecte leur équilibre osmotique et leur absorption par les nutriments. Différentes espèces ont une salinité optimale différente, de sorte que les changements de salinité régionale peuvent modifier la composition de la communauté du phytoplancton et le moment de la floraison. Cela a des effets en cascade sur le zooplancton, les larves de poissons et les niveaux trophiques plus élevés.

Surveillance de la salinité des océans : outils et technologies

Des observations précises et soutenues de la salinité des océans sont essentielles pour détecter les signaux climatiques, valider les modèles et éclairer les politiques.Les deux dernières décennies ont vu des progrès remarquables dans la capacité d'observation, mus par des programmes internationaux et de nouvelles technologies.

L'araire de flottaison Argo

Le programme Argo, qui a débuté au début des années 2000, a révolutionné notre capacité à mesurer la température et la salinité dans l'océan mondial. Argo flotte en profondeur, montant périodiquement à la surface pour mesurer la conductivité (qui donne salinité), la température et la pression. Plus de 3 800 flotteurs sont actuellement actifs, fournissant des profils des 2 000 mètres supérieurs tous les 10 jours. Cet ensemble de données a permis aux scientifiques de cartographier les tendances de salinité avec une résolution sans précédent et de détecter l'amplification du cycle de l'eau.

Télédétection par satellite

Deux missions satellites ont étendu les mesures de salinité à l'échelle mondiale : la mission de l'Agence spatiale européenne sur l'humidité du sol et la salinité de l'océan (SMOS), lancée en 2009, et la mission de la NASA sur l'Aquarius/SAC-D, qui a fonctionné de 2011 à 2015, mesurent la température de luminosité de la surface de la mer aux fréquences micro-ondes de bande L, qui est sensible à la salinité. Bien que la résolution spatiale soit grossière (environ 50 à 150 km) et que les prélèvements soient difficiles à effectuer près des côtes et dans les eaux froides, les données satellitaires fournissent une couverture précieuse des régions éloignées et complètent les mesures in situ.

Véhicules autonomes et chariots à moteur

Les véhicules sous-marins autonomes (AUV) et les planeurs océaniques sont de plus en plus utilisés pour mesurer la salinité dans des régions d'intérêt spécifiques, comme les zones côtières de remontée, les bords de glace et les détroits. Ces plates-formes peuvent fonctionner pendant des semaines à mois, fournissant des transects à haute résolution qui résolvent les caractéristiques frontales et les tourbillons.

Orientations futures de la recherche sur la salinité

Malgré des progrès importants, d'importantes questions subsistent sur le rôle de la salinité dans le système climatique et sur la façon dont il réagira au réchauffement continu.

Salinité des océans profonds et stockage de chaleur

La plupart des observations de salinité sont concentrées dans le haut de l'océan. L'océan profond de moins de 2 000 mètres reste mal échantillonné, mais c'est un énorme réservoir de sel et de chaleur. Comprendre l'échange de sel entre le haut et le profond de l'océan est crucial pour fermer le budget de l'eau mondiale et pour prédire le changement climatique à long terme.

Salinité et événements extrêmes

La relation entre la salinité et les phénomènes météorologiques extrêmes tels que les ouragans, les sécheresses et les inondations est un domaine de recherche émergent. La salinité stratifie le haut de l'océan et influence la profondeur de la couche mixte, ce qui affecte l'intensité potentielle des cyclones tropicaux. Les panaches d'eau douce des grandes rivières peuvent amortir l'intensité des cyclones, tandis que les couches de barrière saline peuvent l'améliorer.

Améliorations du modèle

Les modèles climatiques continuent d'améliorer leur représentation des processus océaniques, mais des biais persistent dans les patrons de salinité. De nombreux modèles simulent l'état moyen et la variabilité de la salinité avec une précision limitée, en particulier dans les tropiques et les latitudes élevées.

Conclusion

La salinité des océans est bien plus qu'une simple mesure de la teneur en sel. C'est une composante dynamique et active du système terrestre qui façonne les courants océaniques, régule le transport de chaleur et influence la biologie de la mer. L'amplification continue du cycle mondial de l'eau, entraînée par un climat de réchauffement, laisse une empreinte claire dans les relevés de salinité des océans.Ces changements ont des implications profondes pour la stabilité de la circulation thermohaline, la santé des écosystèmes marins et les moyens de subsistance des personnes qui dépendent de l'océan.