Des rivières qui coulent sous la mer aux poissons qui utilisent des outils, l'océan est plein de processus qui fonctionnent entièrement en dehors de la conscience humaine.
Credit: Trevor McKinnon / Unsplash
L'océan couvre 71% de la surface de la Terre et contient environ 97% de l'eau de la planète. Pourtant, plus de 80% de celui-ci n'a jamais été cartographié, observé ou exploré. Ce que les humains savent de la mer profonde provient en grande partie du dernier siècle de recherche — un clin d'œil à l'histoire de 3,5 milliards d'années de l'océan. Et même les parties qui ont été étudiées révèlent des systèmes si complexes, si étranges à l'expérience quotidienne, qu'ils remettent en question les idées reçues sur ce qu'est réellement l'océan.
L'image populaire de l'océan tend à le réduire à une seule entité : une vaste étendue bleue d'eau salée où les poissons nagent et les vagues déferlent sur le rivage. Mais l'océan n'est pas un seul environnement — il y en a des centaines, empilés verticalement et étalés horizontalement, chacun avec sa propre chimie, pression, température et communauté de vie. La couche de surface est réchauffée par le soleil et productive sur le plan photosynthétique. En dessous se trouve la zone crépusculaire, où des créatures bioluminescentes patrouillent dans une quasi-obscurité. Plus profond encore se trouve la zone de minuit, où aucune lumière ne pénètre et où les pressions dépassent 1 000 fois celles que les humains connaissent au niveau de la mer. Et en dessous, dans des tranchées qui plongent à près de 11 kilomètres de profondeur, la vie persiste encore — étrange, rare et largement inconnue.
Ce qui se passe dans ces profondeurs, et dans l'océan ouvert loin de tout rivage, inclut des processus qui façonnent le climat mondial, produisent une grande partie de l'oxygène de chaque respiration, et dirigent les réseaux alimentaires qui nourrissent des milliards de personnes. L'océan n'est pas un décor passif. C'est le moteur du système planétaire — recyclant le carbone, distribuant la chaleur, produisant la météo et absorbant les conséquences de l'activité humaine sur terre.
Les 25 entrées de cette liste couvrent la biologie, la chimie, la géologie et la physique. Certaines décrivent des comportements que les scientifiques ont observés directement. D'autres décrivent des processus à grande échelle qui ne peuvent être compris qu'à travers des instruments, des modèles et des décennies de mesures. Tous décrivent quelque chose qui se passe vraiment — en ce moment, en profondeur, loin du rivage — dans une partie de la planète que la plupart des gens ne verront jamais.
Credit: NASA / Unsplash
L'oxygène de chaque respiration ne provient pas seulement des forêts et des plantes terrestres. Environ la moitié de l'oxygène de la Terre est produit dans l'océan, principalement par le phytoplancton — des organismes microscopiques semblables à des plantes qui dérivent dans les couches supérieures de la mer. Ces organismes unicellulaires utilisent la lumière du soleil et le dioxyde de carbone pour photosynthétiser, libérant de l'oxygène comme sous-produit exactement comme le font les plantes terrestres.
Le phytoplancton se trouve pratiquement dans chaque partie de la couche de surface éclairée par le soleil de l'océan, appelée la zone photique, qui s'étend jusqu'à environ 200 mètres de profondeur. Au sein de cette zone, ils forment la base de presque tous les réseaux alimentaires marins. Les zooplanctons mangent le phytoplancton. Les petits poissons mangent le zooplancton. Les plus gros poissons mangent les plus petits poissons. Toute la pyramide de la vie océanique dépend d'organismes trop petits pour être vus à l'œil nu.
Il est difficile de surestimer l'échelle de l'activité du phytoplancton. À l'échelle mondiale, le phytoplancton élimine de grandes quantités de dioxyde de carbone de l'atmosphère grâce à la photosynthèse, et il produit de l'oxygène à un rythme qui maintient la composition respirable de l'atmosphère. Certaines estimations attribuent à un seul genre de bactérie océanique, Prochlorococcus, la production de 20% de l'oxygène de chaque respiration. C'est l'un des organismes photosynthétiques les plus abondants sur Terre et n'a été découvert qu'en 1986.
Les populations de phytoplancton sont sensibles à la température de l'océan, à la disponibilité des nutriments et à la lumière. Lorsque les conditions sont favorables, elles fleurissent - se reproduisant si rapidement que les floraisons deviennent visibles depuis les satellites sous forme de tourbillons verts et turquoise à la surface de l'océan. Ces floraisons peuvent s'étendre sur des centaines de kilomètres. Lorsque les conditions se détériorent, les populations s'effondrent, ce qui a des effets en cascade sur l'ensemble du réseau alimentaire.
Le réchauffement des températures océaniques affecte déjà la distribution des phytoplanctons à l'échelle mondiale. L'eau plus chaude se stratifie plus facilement, réduisant la remontée des eaux froides et riches en nutriments des profondeurs dont dépendent les phytoplanctons. Ce lien entre la température de l'océan et la production d'oxygène est une des raisons pour lesquelles les scientifiques marins portent une attention particulière aux tendances de réchauffement de surface - les implications s'étendent bien au-delà de l'océan lui-même.
Credit: Caroline O.marcel / Pexels
Le fond de l'océan abrite des masses d'eau qui se comportent comme des rivières et des lacs - avec des berges, des rives et même des vagues - mais qui existent entièrement dans l'eau de mer environnante. Ce sont des piscines de saumure, et elles se forment lorsque des dépôts de sel anciens enfouis sous le fond marin se dissolvent et remontent, créant une eau si dense en sel dissous qu'elle ne se mélange pas avec l'eau de mer au-dessus.
Le résultat est une couche de liquide distincte reposant sur le fond de l'océan, visible comme une frontière claire. Lorsque les véhicules sous-marins s'approchent des piscines de saumure, les caméras montrent ce qui ressemble indubitablement à une ligne de rivage - une bordure définie où la saumure rencontre l'eau sus-jacente. Des vagues se forment à la surface de la saumure tout comme elles le font à la surface de la mer, générées par les courants qui passent au-dessus.
Les piscines de saumure se trouvent généralement à des profondeurs de 1 000 à 3 500 mètres, concentrées dans des zones d'activité géologique telles que le golfe du Mexique et la mer Rouge. Le bassin Orca dans le golfe du Mexique est l'un des exemples les plus étudiés, une piscine de saumure d'environ 10 kilomètres de long reposant à environ 2 400 mètres de profondeur. Les piscines de saumure de la mer Rouge ont des températures dépassant 60°C en raison du chauffage géothermique, ce qui en fait l'un des environnements les plus extrêmes sur Terre.
La plupart des piscines de saumure sont anoxiques - elles ne contiennent pas d'oxygène dissous - et l'eau est toxique pour la plupart des formes de vie marine. Les poissons et crustacés qui traversent accidentellement une piscine de saumure meurent presque immédiatement. Leurs corps préservés s'accumulent souvent le long des bords, créant ce que les chercheurs appellent parfois des "lacs de la mort".
Mais la vie existe dans les piscines de saumure. Des communautés microbiennes, y compris des bactéries et des archées, prospèrent dans les conditions hypersalines où d'autres formes de vie ne peuvent survivre. Certains chercheurs étudient ces communautés comme des analogues de la vie dans des environnements extrêmes ailleurs dans le système solaire - des endroits comme les océans souterrains de la lune Europe de Jupiter, où la salinité élevée et la chimie inhabituelle peuvent produire des conditions similaires.
Credit: Xavier Coiffic / Unsplash
La plus grande cascade de la Terre n'est pas sur terre. Elle est dans l'océan, coulant entre le Groenland et l'Islande dans une formation appelée le cataracte du détroit du Danemark. L'eau qui s'écoule sur elle descend d'environ 3 500 mètres — plus de 11 500 pieds — ce qui la rend environ trois fois plus haute que les chutes Angel au Venezuela, la plus haute cascade terrestre.
Les cascades sous-marines se forment grâce aux différences de densité de l'eau. L'eau froide et salée est plus dense que l'eau chaude ou plus douce. Lorsque de l'eau dense s'accumule d'un côté d'une crête ou d'un seuil sous-marin, elle déborde finalement et cascade vers le bas. Le détroit du Danemark se trouve entre les mers nordiques et l'Atlantique nord. L'eau froide et dense de l'Arctique s'accumule du côté nord de la crête, puis coule vers le sud et par-dessus le bord dans une cascade massive et continue.
Le débit au cataracte du détroit du Danemark est estimé à environ 175 millions de pieds cubes par seconde — une valeur difficile à contextualiser sauf par comparaison. Le fleuve Amazone, le plus grand fleuve de la Terre par débit, coule à environ 7,4 millions de pieds cubes par seconde. La cascade du détroit du Danemark déplace l'eau à un rythme environ 23 fois supérieur.
Ces structures ne sont pas fixes comme l'est une cascade terrestre. Elles changent avec les schémas de circulation océanique et sont influencées par les changements de température et de salinité de l'eau au fil du temps. Elles sont également invisibles pour tout observateur en surface. L'eau qui coule sur le seuil ressemble, vue d'en haut, à toute autre partie de la mer.
Les cascades sous-marines jouent un rôle réel dans la circulation océanique mondiale. Elles favorisent le mélange entre des masses d'eau de températures et de salinités différentes, et elles contribuent à la formation des eaux profondes qui alimente la circulation thermohaline — le tapis roulant mondial des courants océaniques qui redistribue la chaleur autour de la planète.
Credit: Alonzo Photo / Pexels
La dorsale médio-océanique est une chaîne de montagnes sous-marines continue qui serpente autour du globe sur environ 65 000 kilomètres. Elle traverse le centre de l'océan Atlantique, entoure l'Antarctique, traverse les océans Indien et Pacifique, et se connecte à un système qui surpasse toute chaîne de montagnes terrestre par sa longueur. Les Andes, en comparaison, s'étendent sur environ 7 000 kilomètres.
La dorsale médio-océanique marque l'endroit où les plaques tectoniques se séparent. Lorsque deux plaques se séparent, le magma monte du manteau sous la croûte et se solidifie en nouvelle roche de fond marin. Ce processus — l'expansion des fonds marins — est continu et se produit depuis des centaines de millions d'années. L'océan Atlantique existe parce qu'une faille s'est formée dans le supercontinent ancien de la Pangée et s'élargit depuis.
La dorsale n'est pas une formation unique et lisse. Elle est constituée d'une série de sommets, de vallées et de zones de fracture. Au centre se trouve la vallée du rift, une profonde dépression où se produit la séparation réelle. Le long des parois de cette vallée et sur les flancs de la dorsale, les évents hydrothermaux sont fréquents — des fissures où de l'eau surchauffée et riche en minéraux jaillit du fond marin.
La majeure partie de la dorsale médio-océanique se situe à deux ou trois kilomètres sous la surface de l'océan, bien au-delà de la portée de la lumière. Elle n'a été cartographiée en détail qu'au milieu du 20e siècle. Les premiers explorateurs océaniques ont détecté la dorsale grâce à des sondages de profondeur, mais son étendue mondiale complète n'a été confirmée qu'à travers des relevés systématiques utilisant une technologie sonar développée après la Seconde Guerre mondiale.
L'âge du fond marin augmente avec la distance par rapport à la dorsale. La roche juste à la crête est nouvellement formée; la roche plus éloignée est progressivement plus ancienne. Ce schéma, confirmé par la datation des échantillons de fond marin, a constitué une preuve essentielle pour la théorie de la tectonique des plaques. Le plancher océanique sert effectivement de registre géologique, avec la roche la plus jeune au centre et la plus ancienne aux bords, où elle finit par s'enfoncer à nouveau dans le manteau aux zones de subduction.
Credit: Sébastien Vincon / Pexels
En 1977, des chercheurs dans le submersible Alvin ont descendu dans une section du rift des Galápagos dans l'océan Pacifique et ont découvert quelque chose qui contredisait une hypothèse fondamentale de la biologie : une communauté prospère d'organismes vivant dans l'obscurité totale, dans de l'eau surchauffée et toxique, sans aucun accès à la lumière du soleil.
Les évents hydrothermaux se forment là où l'eau de mer s'infiltre dans des fissures du fond marin, est chauffée par le magma en dessous à des températures qui peuvent dépasser 400°C, puis ressort en transportant des minéraux dissous — soufre, fer, manganèse, et autres. Le fluide des évents est acide et toxique. La pression à ces profondeurs est immense. Et pourtant, les évents abritent des communautés denses de vie : des vers tubicoles jusqu'à deux mètres de long, des palourdes, des moules, des crevettes, des crabes et des poissons.
La base de ces écosystèmes n'est pas la photosynthèse mais la chimiosynthèse. Les bactéries et les archées oxydent le sulfure d'hydrogène et d'autres produits chimiques dans le fluide des évents pour produire de l'énergie, de la même manière que les organismes de surface utilisent la lumière du soleil. Ces microbes forment la base de la chaîne alimentaire. Les vers tubicoles, par exemple, n'ont pas de systèmes digestifs propres — ils hébergent des bactéries chimiosynthétiques dans un organe interne et obtiennent toute leur nutrition de ce que les bactéries produisent.
La découverte des écosystèmes des cheminées hydrothermales a contraint à repenser les conditions requises pour la vie. Avant 1977, on supposait que tous les réseaux alimentaires sur Terre dépendaient en fin de compte de la photosynthèse. Les communautés des cheminées ont démontré que la vie pouvait persister — et prospérer — en utilisant des sources d'énergie entièrement indépendantes du soleil. Cela a des implications profondes pour la recherche de la vie ailleurs, en particulier dans les océans souterrains des lunes glacées du système solaire externe.
Les cheminées hydrothermales construisent également des structures remarquables. Les fumeurs noirs sont des formations en forme de cheminée qui peuvent atteindre plusieurs mètres de hauteur, construites à partir des minéraux précipitant hors du fluide de la cheminée lorsqu'il entre en contact avec l'eau de mer froide. Certains champs de cheminées abritent des dizaines de ces cheminées. Les structures individuelles peuvent s'effondrer et de nouvelles se former, de sorte que les communautés de cheminées sont dynamiques — capables de se reconstruire après une perturbation.
Credit: Dustin Kilian / Pexels
Lorsqu'une baleine meurt en mer et que son corps coule au fond de l'océan, cela crée ce qu'on appelle une chute de baleine — une source concentrée de matière organique dans un environnement autrement extrêmement pauvre en nutriments. Le processus par lequel une carcasse de baleine est consommée prend des décennies et se déroule en plusieurs étapes écologiques distinctes, chacune dominée par différentes communautés d'organismes.
Dans la première étape, qui dure de quelques mois à quelques années, les charognards mobiles arrivent : requins dormeurs, myxines, poissons à queue de rat et divers crustacés. Ces animaux dépouillent rapidement la carcasse de ses tissus mous. Une grande baleine peut contenir de 40 à 60 tonnes de matière organique, et l'activité alimentaire lors d'une chute de baleine peut être intense, avec des dizaines d'espèces se nourrissant simultanément.
Dans la deuxième étape, des organismes plus petits colonisent les os et le sédiment autour de la carcasse. Les vers polychètes, les crustacés et les mollusques exploitent les nutriments restants. Cette phase peut durer plusieurs années.
La troisième étape, appelée étape sulfophilique, est la plus inhabituelle et la plus prolongée. Les bactéries commencent à décomposer les os riches en lipides de la baleine elle-même. Ce processus libère du sulfure d'hydrogène, que les bactéries chimiosynthétiques utilisent ensuite comme source d'énergie — le même mécanisme qui alimente les communautés des cheminées hydrothermales. Le résultat est un écosystème chimiosynthétique miniature sur le fond marin, soutenu non pas par une cheminée mais par un squelette de baleine.
Cette étape peut durer de 50 à 100 ans pour une grande baleine. Les organismes trouvés dans ces communautés sulfophiliques sont souvent des spécialistes que l'on ne trouve nulle part ailleurs. Certaines espèces n'ont été découvertes que sur des chutes de baleines. Les squelettes des grandes baleines sont suffisamment riches en lipides pour soutenir des communautés entières sur des échelles de temps qui couvrent des générations humaines.
Les chutes de baleines sont également considérées comme des tremplins pour les espèces des grands fonds. Certains organismes se déplacent entre les sources hydrothermales et d'autres environnements chimiosynthétiques ; les chutes de baleines dispersées sur le fond océanique peuvent fournir les connexions d'habitat qui permettent à ces espèces de se disperser.
Credit: Marissa Farrow / Pexels
Entre 200 et 1 000 mètres sous la surface se trouve une région appelée zone mésopélagique — communément appelée zone crépusculaire. Aucune photosynthèse utile ne s'y produit ; la lumière qui pénètre est trop faible. Mais la zone n'est pas vide. C'est peut-être la couche la plus dense en biomasse de l'océan mondial.
Les animaux de la zone crépusculaire entreprennent l'une des plus grandes migrations quotidiennes sur Terre. Chaque nuit, des millions de tonnes de petits poissons, calmars et crustacés remontent de la zone mésopélagique à la surface pour se nourrir de phytoplancton et de zooplancton. Avant l'aube, ils redescendent. Cette migration, appelée migration verticale journalière, se produit à l'échelle mondiale, chaque nuit, et implique un nombre presque incompréhensible d'individus.
Les myctophidés — poissons-lanternes — sont parmi les plus abondants de ces migrants. Ils sont petits, mesurant généralement quelques centimètres de long, et possèdent des rangées d'organes producteurs de lumière appelés photophores le long de leur corps. On pense que les poissons-lanternes sont parmi les vertébrés les plus nombreux sur Terre en masse totale. Leur biomasse agrégée a été estimée à des centaines de millions de tonnes, bien que mesurer des organismes aussi petits et aussi nombreux en profondeur soit méthodologiquement difficile.
La zone crépusculaire joue un rôle significatif dans le cycle du carbone de l'océan. Lorsque les animaux de surface défèquent ou meurent, le matériel organique coule. Les animaux migrant verticalement accélèrent ce processus en consommant du matériel à la surface et en le libérant en profondeur sous forme d'excréments, de mucus et de respiration. Cette pompe biologique déplace le carbone de l'atmosphère et de l'océan de surface vers les profondeurs — un mécanisme qui aide à réguler le cycle global du carbone.
Malgré son importance probable, la zone crépusculaire est mal caractérisée. L'échantillonnage à ces profondeurs est logistique difficile, et les enquêtes acoustiques — qui détectent les organismes par leurs propriétés réfléchissant le son — capturent systématiquement plus de biomasse que les filets, ce qui suggère que les méthodes d'échantillonnage standard manquent une partie significative de la vie mésopélagique.
Credit: Ben Phillips / Pexels
L'océan a toujours eu des paysages sonores naturels — vagues, pluie, tremblements de terre, volcans et vocalisations des animaux marins. Mais au cours du siècle dernier, le bruit généré par l'homme a augmenté de manière substantielle dans de nombreuses parties des océans du monde, principalement à cause de la navigation, du sonar et de l'extraction des ressources.
Le son voyage plus loin et plus rapidement dans l'eau que dans l'air — environ 1 500 mètres par seconde contre 343 mètres par seconde dans l'air. L'océan transmet le son si efficacement que les sons de basse fréquence des grands navires peuvent voyager sur des milliers de kilomètres. Cela a augmenté le niveau de bruit ambiant dans de grandes parties de l'océan.
Les mammifères marins dépendent du son pour la navigation, l'alimentation et la communication. Les baleines à fanons — y compris les baleines bleues, les rorquals communs et les baleines à bosse — communiquent à travers les bassins océaniques en utilisant des appels de basse fréquence. L'environnement acoustique dans lequel elles ont évolué n'existe plus sous la même forme dans la plupart de leur aire de répartition. Des recherches publiées dans des revues à comité de lecture ont documenté que certaines populations de baleines ont modifié les fréquences de leurs appels et réduit la distance sur laquelle elles communiquent, probablement en réponse à l'interférence du bruit.
Les dauphins et les cétacés à dents utilisent l'écholocalisation pour chasser. Le sonar naval — en particulier le sonar actif à moyenne fréquence — fonctionne dans des gammes de fréquences qui chevauchent l'audition des cétacés. Des échouages massifs de baleines à bec ont été documentés en association avec des exercices de sonar militaire dans plusieurs régions océaniques.
Le bruit affecte également les poissons. De nombreuses espèces de poissons utilisent le son pour la communication, la coordination de la ponte et la détection des prédateurs. Des niveaux de bruit élevés ont été montrés dans des études en laboratoire et sur le terrain pour perturber ces comportements. Les invertébrés ne sont pas exemptés — les poissons larvaires et les crustacés utilisent des indices acoustiques pour trouver des habitats récifaux, et un bruit élevé peut perturber leur comportement de colonisation.
Le bruit de la navigation a diminué lors des périodes de réduction du commerce mondial — notamment pendant les premiers mois de la pandémie de COVID-19 en 2020, lorsque les biologistes marins ont documenté des conditions océaniques sensiblement plus silencieuses dans de nombreux corridors de navigation.
Credit: Жанна Алимкулова / Pexels
L'océan est où la lignée évolutive menant à tous les vertébrés terrestres — y compris les humains — a vu le jour. La transition de l'eau à la terre s'est produite il y a environ 375 millions d'années, dans des environnements côtiers et d'eau douce peu profonds. Ce qui est moins connu, c'est que certains poissons conservent des caractéristiques anatomiques de cette période de transition et peuvent encore se déplacer sur terre pendant de courtes périodes.
Le périophtalme est un exemple vivant. Trouvé dans les marais à mangroves et les vasières de marée à travers l'Afrique et l'Asie, les périophtalmes sont des poissons qui passent une partie significative de leur vie hors de l'eau. Ils utilisent leurs nageoires pectorales comme des béquilles, se traînant à travers la boue avec un mouvement qui ressemble à une marche rapide et maladroite. Ils respirent à travers leur peau et la muqueuse de leur bouche lorsqu'ils sont sur terre, à condition de rester humides.
Les périophtalmes ne sont pas les mêmes que les poissons anciens qui ont d'abord rampé sur la terre — ceux-ci étaient des poissons à nageoires lobées apparentés aux dipneustes et aux cœlacanthes modernes, pas aux périophtalmes. Mais les périophtalmes démontrent que les exigences fonctionnelles de base pour la locomotion terrestre peuvent évoluer indépendamment et à plusieurs reprises chez les poissons.
Le cœlacanthe, longtemps considéré comme éteint, a été redécouvert vivant au large des côtes de l'Afrique du Sud en 1938. Il appartient à la même lignée ancienne de poissons à nageoires lobées qui a donné naissance aux premiers vertébrés terrestres. Les cœlacanthes vivants peuvent atteindre près de deux mètres et habitent des récifs rocheux profonds. Leurs nageoires appariées se déplacent selon un schéma qui ressemble davantage à des mouvements de jambes qu'au mouvement typique des nageoires de poisson — un écho de la transition évolutive qui s'est produite il y a des centaines de millions d'années.
Les dipneustes — un autre groupe à nageoires lobées que l'on trouve en Afrique, en Amérique du Sud et en Australie — peuvent respirer l'air directement et peuvent survivre dans des lits de rivières asséchés en s'enfouissant dans la boue et en entrant dans un état de dormance. Dans les bas-fonds et les marges de l'océan, les expériences évolutives avec la vie terrestre continuent, non pas comme des reliques mais comme des processus biologiques en cours.
Credit: Anni Roenkae / Pexels
Dispersés sur de grandes parties du fond de la mer profonde, notamment dans le Pacifique, se trouvent des milliards d'objets de la taille d'un poing à celle d'une pomme de terre appelés nodules polymétalliques. Ce ne sont pas des roches au sens conventionnel — ils croissent lentement autour d'un noyau, comme un fragment de dent de requin ou un morceau de coquille, accumulant des couches d'hydroxydes de fer et de manganèse sur des millions d'années. Les taux de croissance sont généralement de un à deux centimètres par million d'années, ce qui en fait parmi les structures solides les plus lentes à se former sur Terre.
Ce qui rend les nodules commercialement significatifs, c'est leur composition. Au-delà du fer et du manganèse, ils contiennent du cobalt, du nickel, du cuivre et des éléments de terres rares — des minéraux ayant des applications industrielles dans les technologies de batterie et l'électronique. La zone Clarion-Clipperton, une région de 4,5 millions de kilomètres carrés entre Hawaï et le Mexique, est estimée contenir de vastes quantités de nodules. Cette région a été au centre de l'intérêt international pour une éventuelle exploitation minière en haute mer.
Les conséquences écologiques de l'exploitation minière des nodules seraient significatives. Les champs de nodules dans la mer profonde supportent des communautés spécialisées d'organismes qui vivent sur et autour d'eux. Parce que les champs de nodules ne se trouvent que dans certaines parties de l'océan profond et que les organismes qui les habitent sont souvent très spécialisés, la perturbation physique du fond marin enlève un habitat qui ne peut pas se rétablir à l'échelle de temps humaine — s'il se rétablit du tout.
La formation de nodules dépend en partie de la présence de matière organique qui coule des zones supérieures et est incorporée dans la structure en croissance. La connexion entre la productivité de surface et la formation minérale en haute mer signifie que les changements à la surface de l'océan — une réduction de la production de plancton, par exemple — peuvent théoriquement affecter le rythme de formation des nodules sur le temps géologique.
L'intérêt scientifique pour les nodules va au-delà de leur contenu minéral. Leur structure en couches préserve un enregistrement de la chimie océanique passée, et les carottes prélevées dans les nodules ont été utilisées pour reconstruire les conditions océanographiques sur des millions d'années.
Credit: Filip Kristov / Pexels
L'océan agit comme le plus grand puits de carbone de la planète. Chaque année, l'océan absorbe environ 25 à 30 % du dioxyde de carbone libéré par l'activité humaine — combustion de combustibles fossiles, déforestation, production de ciment. Cette absorption est en partie provoquée par la physique : le CO₂ se dissout dans l'eau de mer à l'interface air-mer, et l'eau plus froide absorbe plus de gaz que l'eau plus chaude. Elle est également provoquée par la biologie : le phytoplancton absorbe le CO₂ par photosynthèse, incorporant le carbone dans leurs tissus.
Lorsque le phytoplancton meurt ou est consommé, une partie du carbone qu'il contient coule vers les profondeurs de l'océan au lieu d'être libérée à nouveau dans l'atmosphère. Ce processus — la pompe biologique à carbone — transfère le carbone de l'océan de surface vers les profondeurs, où il peut rester séquestré pendant des siècles à des millénaires.
La capacité de l'océan à absorber le CO₂ a une conséquence chimique mesurable : l'acidification des océans. Lorsque le CO₂ se dissout dans l'eau de mer, il forme de l'acide carbonique, qui se dissocie et abaisse le pH de l'eau. Depuis la Révolution industrielle, le pH moyen de la surface de l'océan est passé d'environ 8,2 à 8,1 — un changement qui semble faible mais représente une augmentation d'environ 26 % de la concentration d'ions hydrogène, car le pH est une échelle logarithmique.
Un pH plus bas réduit la disponibilité des ions carbonate, que de nombreux organismes marins — coraux, huîtres, moules, oursins, certains planctons — utilisent pour construire leurs coquilles et squelettes. À des concentrations plus faibles d'ions carbonate, les coquilles se forment plus lentement, sont plus faibles, ou dans certains cas commencent à se dissoudre. Des ptéropodes — de minuscules escargots nageant librement qui forment une composante de nombreux réseaux alimentaires — ont été trouvés dans le Pacifique avec des coquilles montrant des signes de dissolution dans les zones où l'acidification est la plus avancée.
La même absorption qui modère partiellement les niveaux de CO₂ atmosphérique modifie ainsi la chimie de l'océan de manière à stresser les organismes les plus responsables de la pompe biologique à carbone.
Credit: Berat BAKI / Pexels
À certaines profondeurs dans des régions spécifiques de l'océan, les concentrations d'oxygène chutent si bas que la plupart des formes familières de vie marine ne peuvent pas survivre. Ces zones de minimum d'oxygène, ou OMZ, sont des caractéristiques permanentes de l'océan où l'activité biologique consomme l'oxygène dissous plus vite que la circulation océanique ne peut le reconstituer.
Les OMZ ne sont pas réparties uniformément. Elles sont plus prononcées dans l'est du Pacifique tropical, la mer d'Arabie et le golfe du Bengale — des régions où la haute productivité de surface entraîne de grandes quantités de matière organique à s'enfoncer et à se décomposer en profondeur. Le processus de décomposition consomme de l'oxygène, et dans ces régions, la colonne d'eau est mal ventilée, ce qui signifie que la circulation ne fait pas descendre l'eau de surface oxygénée pour remplacer ce qui est perdu.
Dans les OMZ les plus extrêmes, les concentrations d'oxygène tombent en dessous de 5 micromoles par kilogramme — effectivement anoxiques. Les poissons marins standard ne peuvent pas fonctionner dans ces conditions. Mais certains organismes spécialisés le peuvent. Certaines espèces de méduses, de calmars et de poissons ont développé des adaptations physiologiques qui leur permettent de tolérer de faibles niveaux d'oxygène. Les bactéries qui utilisent le nitrate au lieu de l'oxygène comme accepteur d'électrons — appelées bactéries dénitrifiantes — sont actives dans ces zones, convertissant le nitrate en gaz azoté et le retirant du système océanique.
L'expansion des OMZ est l'une des conséquences les plus documentées du réchauffement des océans. L'eau plus chaude contient moins d'oxygène dissous, et la stratification accrue réduit le mélange vertical. Les mesures effectuées au cours des dernières décennies ont détecté une expansion des OMZ dans plusieurs bassins océaniques — tant dans le volume d'eau qu'elles occupent que dans leur étendue verticale.
Cette expansion compresse la plage de profondeur habitable pour de nombreuses espèces de mi-eau, les forçant à se rapprocher de la surface où elles font face à une plus grande prédation et pression de pêche. Elle réduit également l'habitat disponible pour les espèces de poisson d'importance commerciale qui utilisent les profondeurs de mi-eau pour une partie de leur cycle de vie.
Credit: Maxim Gorodnev / Pexels
Enfouis dans les sédiments des plateaux continentaux et des pentes du monde entier se trouvent d'énormes dépôts d'hydrates de méthane — des solides semblables à de la glace dans lesquels les molécules de méthane sont piégées dans une structure en treillis de molécules d'eau. Ils ne sont stables que dans des conditions spécifiques de basse température et de haute pression. Dans ces conditions, ils sont extraordinairement abondants. Les estimations mondiales du carbone stocké dans les hydrates de méthane dépassent le carbone total de toutes les réserves connues de charbon, de pétrole et de gaz naturel combinées, bien qu'il y ait une incertitude significative dans ces estimations.
Les hydrates de méthane ressemblent à de la glace blanche mais brûlent lorsqu'ils sont allumés — une propriété qui leur a valu le surnom informel de « glace en feu ». Ils ont été découverts pour la première fois lors d'opérations de forage en haute mer et ont depuis été trouvés le long des marges continentales dans la plupart des bassins océaniques, ainsi que dans les régions de pergélisol arctique profondes.
La stabilité des hydrates de méthane dépend de manière critique de la température et de la pression. Lorsque les températures du fond marin augmentent — comme c'est le cas lors de périodes de réchauffement — les hydrates peuvent se déstabiliser et libérer du méthane dans la colonne d'eau. Une partie de ce méthane atteint l'atmosphère. Le méthane est un puissant gaz à effet de serre, avec un effet de réchauffement environ 80 fois supérieur à celui du CO₂ sur une période de 20 ans.
La recherche sur les sédiments océaniques anciens a trouvé des preuves que les périodes passées de réchauffement rapide des océans étaient associées à la déstabilisation des hydrates de méthane, contribuant à des vagues de réchauffement. Cela est parfois appelé l'hypothèse du pistolet à clathrate. La question de savoir si la déstabilisation pourrait se produire suffisamment rapidement dans les scénarios de réchauffement actuels pour produire une rétroaction significative reste un sujet d'investigation scientifique en cours.
Certains pays explorent les hydrates de méthane comme source potentielle d'énergie. Le Japon, la Chine, les États-Unis et la Corée du Sud ont effectué des forages d'essai. Le défi technique consiste à extraire le méthane sans déstabiliser les dépôts environnants, et aucun de ces efforts n'a atteint une échelle commerciale.
Credit: laylia / Pexels
L'utilisation d'outils était autrefois considérée comme une caractéristique de la complexité cognitive humaine, puis a été étendue aux grands singes, puis à d'autres mammifères et oiseaux. L'océan a ajouté une autre catégorie : les poissons. Plusieurs espèces de labres — des poissons de récif colorés trouvés dans les océans tropicaux et subtropicaux — ont été documentées transportant des bivalves d'un endroit à un autre vers une enclume, typiquement une roche ou un morceau de corail, et frappant à plusieurs reprises le bivalve contre l'enclume pour l'ouvrir.
Ce comportement a été rapporté pour la première fois chez le labre à bec noir au large de la côte de l'Australie occidentale. Les plongeurs ont observé des individus ramasser des palourdes dans leur bouche, nager jusqu'à une roche spécifique et utiliser des coups répétés pour casser la coquille. Cela nécessite une mémoire spatiale pour localiser un site d'enclume cohérent et une coordination physique pour accomplir une action qui implique l'utilisation d'un objet externe comme un outil fonctionnel.
Les implications cognitives sont significatives. L'utilisation d'outils chez les poissons démontre que le comportement complexe orienté vers un but n'est pas limité aux animaux avec un grand cerveau relatif ou une architecture neuronale mammalienne. Les cerveaux des poissons sont structurellement très différents des cerveaux des mammifères, mais ils produisent un comportement qui, chez un mammifère ou un oiseau, serait immédiatement classé comme utilisation d'outils.
Depuis les premiers rapports sur le comportement des poissons perroquets, l'utilisation d'outils a été documentée dans d'autres espèces de labres et examinée plus en détail. Le comportement semble être appris individuellement plutôt que purement instinctif — tous les individus d'une population ne l'exhibent pas, et il semble émerger par l'expérience plutôt que d'être un schéma comportemental fixe.
Les poissons archers offrent une autre forme d'interaction sophistiquée entre la cognition des poissons et l'environnement physique. Les poissons archers, trouvés dans les eaux saumâtres des mangroves à travers l'Asie du Sud et du Sud-Est, projettent des jets d'eau précis sur les insectes sur la végétation surplombante pour les faire tomber dans l'eau. Ils tiennent compte de la réfraction de la lumière à la surface de l'eau lors du calcul de leur visée — une correction qui nécessite de traiter une variable physique que la plupart des humains résoudraient par les mathématiques.
Credit: Anthony Morganti / Pexels
La baleine bleue est le plus grand animal de l'histoire de la vie sur Terre — plus grand que n'importe quel dinosaure, plus grand que n'importe quel animal terrestre, plus grand que tout ce que le registre fossile a encore révélé de l'océan. Les baleines bleues adultes mesurent généralement de 24 à 30 mètres de long et pèsent jusqu'à 150 tonnes métriques. Leur cœur est à peu près de la taille d'une petite voiture. Leur langue seule peut peser autant qu'un éléphant.
Les baleines bleues sont des mangeurs de filtre. Malgré leur taille, elles subsistent presque entièrement de krill — de petits crustacés ressemblant à des crevettes, typiquement longs de deux à trois centimètres. Une baleine bleue consomme environ 3,6 à 4 tonnes métriques de krill par jour pendant la saison d'alimentation de pointe. Pour accomplir cela, elles se précipitent à travers des bancs denses de krill avec leur bouche ouverte, engloutissant l'eau de mer et les proies ensemble, puis poussent l'eau à travers des plaques de fanons qui piègent le krill.
La voie évolutive vers une telle taille extrême est probablement passée par la capacité de l'océan à soutenir des concentrations de proies. Les krills s'agrègent en essaims énormes, particulièrement dans les régions polaires pendant l'été. L'océan offre une flottabilité neutre, supprimant les contraintes structurelles sur la taille du corps que la gravité impose aux animaux terrestres. Aucun animal terrestre ne pourrait atteindre la masse d'une baleine bleue — son squelette ne pourrait pas supporter le poids hors de l'eau.
Les populations de baleines bleues ont été réduites à une fraction de leur nombre historique par la chasse commerciale au 20e siècle. Certains segments de population ont été chassés jusqu'à presque l'extinction. L'espèce est encore répertoriée comme en danger. Les estimations actuelles de la population varient par sous-population, mais le total mondial est probablement de l'ordre de 10 000 à 25 000 individus. La récupération a été lente — les baleines bleues se reproduisent à un faible taux, produisant généralement un veau tous les deux à trois ans.
Credit: Paul Blenkhorn / Unsplash
L'océan ne circule pas au hasard. Il se déplace dans un système structuré à l'échelle mondiale, entraîné par les différences de température et de salinité de l'eau. Ce système — formellement appelé la circulation thermohaline, connu de manière informelle sous le nom de tapis roulant océanique — distribue la chaleur des tropiques aux pôles et déplace l'eau entre la surface et les profondeurs de l'océan sur des échelles de temps de centaines à des milliers d'années.
Le mécanisme fonctionne comme suit. L'eau de surface chaude se déplace vers le nord à travers l'Atlantique, entraînée par des courants éoliens. Lorsque cette eau atteint l'Atlantique Nord, elle refroidit et devient plus dense. Dans la mer du Labrador et les mers nordiques, elle plonge — parfois rapidement — et commence à s'écouler vers le sud en profondeur sous forme d'eau profonde de l'Atlantique Nord. Ce courant profond voyage vers le sud à travers l'Atlantique, se connectant finalement avec des zones de formation d'eau profonde près de l'Antarctique, puis se répand dans les océans Indien et Pacifique.
Le flux de retour en surface de cette circulation maintient l'Europe occidentale nettement plus chaude qu'elle ne le serait autrement à la même latitude. Londres est à peu près à la même latitude que des régions du Canada qui connaissent des hivers beaucoup plus froids.
La vulnérabilité de ce système réside dans sa sensibilité à l'apport d'eau douce. L'enfoncement dans l'Atlantique Nord dépend de l'eau étant suffisamment froide et salée pour être dense. L'eau douce provenant de la fonte des calottes glaciaires — en particulier la calotte glaciaire du Groenland — dilue la salinité de l'eau de surface, réduisant potentiellement ou perturbant le mécanisme de plongée. Les preuves paléoclimatiques des âges glaciaires passés suggèrent que des apports rapides d'eau douce ont provoqué des changements abrupts dans le tapis roulant, avec des conséquences climatiques significatives dans l'hémisphère nord.
Les recherches actuelles ont documenté un affaiblissement de la composante atlantique de cette circulation au cours des dernières décennies. La trajectoire exacte et ses implications restent des sujets d'investigation scientifique active.
Credit: Francesco Ungaro / Pexels
Les récifs coralliens sont souvent appelés les forêts tropicales de la mer, mais les bâtisseurs de ces structures sont faciles à mal comprendre. Les coraux bâtisseurs de récifs sont des animaux — plus précisément, des animaux coloniaux du phylum Cnidaria, étroitement liés aux méduses et aux anémones de mer. Chaque polype de corail est un petit animal à corps mou, généralement de quelques millimètres de large. Il construit un squelette de carbonate de calcium autour de lui-même, et sur des générations de polypes poussant les uns sur les autres, ces squelettes s'accumulent en formations massives qui composent les récifs coralliens.
À l'intérieur de leurs tissus, la plupart des coraux bâtisseurs de récifs hébergent des algues photosynthétiques appelées zooxanthelles. Cette symbiose est ce qui rend possibles les récifs tropicaux peu profonds : les algues photosynthétisent et fournissent au corail la majeure partie de son énergie, tandis que le corail offre aux algues un abri et des nutriments. Lorsque la température de l'eau augmente trop, le corail expulse les algues — un événement appelé blanchissement des coraux. Sans les algues, le corail ne peut pas obtenir suffisamment d'énergie et, si le stress thermique persiste, meurt.
Au-delà de leur biologie, les récifs coralliens produisent du son. Le crépitement, les claquements et les grognements des organismes de récif — en particulier les crevettes et les poissons claquants — créent un environnement acoustique persistant qui est mesurablement distinct de l'eau libre. Ce paysage sonore est important : les poissons et invertébrés larvaires de récif utilisent des indices acoustiques pour localiser et s'installer sur les récifs. Les récifs en bonne santé sont plus bruyants que ceux dégradés, et des recherches ont démontré que la diffusion d'enregistrements de sons de récifs en bonne santé près des zones de récifs dégradés peut augmenter les taux de colonisation larvaire.
Les récifs ont donc une forme d'identité auto-publicitaire — une signature sonore qui diffuse leur emplacement et leur condition aux organismes en quête d'habitat. Les récifs dégradés perdent non seulement leur complexité structurelle, mais aussi les signaux acoustiques qui attirent les recrues nécessaires à la récupération.
Credit: Buzz Andersen / Unsplash
L'activité volcanique au fond de l'océan est beaucoup plus étendue que l'activité volcanique sur terre. La plupart des volcans actifs de la Terre se trouvent le long du système de la dorsale médio-océanique, où le magma entre en éruption continuellement et crée un nouveau plancher océanique. Mais des points chauds volcaniques isolés perforent également la croûte océanique par en dessous, créant des monts sous-marins et, lorsqu'ils atteignent la surface, des îles.
Les îles hawaïennes sont l'exemple le plus étudié du volcanisme de point chaud océanique. La plaque pacifique se déplace vers le nord-ouest au-dessus d'un point chaud stationnaire dans le manteau. Au fur et à mesure que la plaque se déplace, des îles successives se forment au-dessus du point chaud puis dérivent alors que la plaque les emporte. La plus jeune et la plus grande île — Hawaï, souvent appelée la grande île — est celle qui se trouve actuellement au-dessus du point chaud. Les îles plus anciennes au nord-ouest sont de plus en plus érodées. Plus loin au nord-ouest, la chaîne continue sous la surface sous forme de monts sous-marins — des montagnes sous-marines qui étaient autrefois des îles et qui ont depuis coulé sous le niveau de la mer en raison d'une combinaison d'érosion et de subsidence de la croûte océanique en refroidissement.
Une nouvelle île a déjà commencé à se former au sud-est de la grande île. Le mont sous-marin Lōʻihi s'élève du fond de l'océan et culmine actuellement à environ 975 mètres sous la surface. Il est volcanique actif et en croissance. Aux taux actuels, on estime qu'il atteindra la surface dans environ 10 000 à 100 000 ans.
Les monts sous-marins en général — les montagnes immergées qui n'ont jamais atteint la surface — sont abondants. Il pourrait y avoir plus de 100 000 monts sous-marins dans l'océan mondial. Ce sont des caractéristiques écologiques importantes : leurs structures surélevées interceptent les courants océaniques, produisant des remontées qui apportent des nutriments à la surface. Cela rend les sommets des monts sous-marins des zones de pêche productives, bien que de nombreux écosystèmes de monts aient été fortement impactés par le chalutage par le fond.
Credit: Tamara Adeyemi / Pexels
Le Challenger Deep, situé dans la fosse des Mariannes dans l'océan Pacifique occidental, est le point le plus profond connu à la surface de la Terre. Il se trouve à environ 10 935 mètres sous le niveau de la mer — près de 11 kilomètres. Le mont Everest, le point le plus élevé de la Terre au-dessus du niveau de la mer, s'élève à 8 849 mètres. Si l'Everest était placé dans le Challenger Deep, plus de deux kilomètres d'océan subsisteraient au-dessus de son sommet.
La pression au Challenger Deep est environ 1 086 fois la pression atmosphérique au niveau de la mer. La température est juste au-dessus de zéro. Aucune lumière du soleil n'atteint ces profondeurs. L'environnement est l'un des plus extrêmes sur Terre.
Malgré cela, la vie existe au Challenger Deep. Lorsque les chercheurs ont abaissé des pièges appâtés et des caméras dans la fosse, ils ont trouvé des amphipodes — de petits crustacés similaires à des crevettes — en grand nombre. Des vers polychètes, des foraminifères et des communautés microbiennes ont également été détectés. En 2019, une nouvelle espèce de petit crustacé a été découverte à des profondeurs dépassant les 6 000 mètres dans la fosse des Mariannes. La vie semble capable de persister partout où il y a de la matière organique à consommer, quelle que soit la pression.
Les premiers humains à atteindre le fond du Challenger Deep ont été le lieutenant de la marine américaine Don Walsh et l'ingénieur suisse Jacques Piccard, qui ont descendu dans le bathyscaphe Trieste en janvier 1960. La descente a duré environ cinq heures. Le réalisateur James Cameron a effectué une descente en solo dans un sous-marin spécialement conçu en 2012. Depuis lors, un petit nombre d'autres missions avec ou sans équipage ont atteint le fond.
Malgré ces visites, la zone hadale — définie comme des profondeurs inférieures à 6 000 mètres — reste parmi les environnements les moins explorés de la planète. Les fosses qui la constituent sont géographiquement répandues mais occupent un très faible pourcentage de la surface totale de l'océan.
Credit: Trevor McKinnon / Unsplash
La plupart de l'océan — en volume — est en dessous de la profondeur où la lumière du soleil pénètre. Dans cette vaste région sombre, la principale source de lumière n'est pas le soleil mais les organismes eux-mêmes. La bioluminescence — la production de lumière par les organismes vivants par des réactions chimiques — est extraordinairement courante dans les profondeurs océaniques. Certains chercheurs estiment que 76 % des espèces océaniques sont capables de produire de la lumière.
La chimie de la bioluminescence implique une molécule émettrice de lumière appelée luciférine et une enzyme appelée luciférase. Lorsque la luciférine est oxydée en présence de luciférase, elle produit de la lumière sans chaleur significative. Différents organismes utilisent différentes formes de luciférine, et l'histoire évolutive de la bioluminescence est complexe — elle a évolué indépendamment des dizaines de fois à travers l'arbre de la vie.
La couleur de la lumière bioluminescente dans l'océan est principalement bleu-vert, dans la plage de 480 à 520 nanomètres. Ce n'est pas une coïncidence. Ces longueurs d'onde voyagent le plus loin dans l'eau de mer. La plupart des organismes des profondeurs marines ont des yeux sensibles à la lumière bleu-vert. Certains organismes, cependant, produisent une bioluminescence rouge — une couleur que la plupart des autres animaux des profondeurs ne peuvent pas détecter. Cela donne aux organismes comme le poisson-dragon, qui a des photorécepteurs sensibles au rouge et émet une lumière rouge à partir d'organes sous ses yeux, un projecteur invisible pour les proies.
La bioluminescence a plusieurs fonctions. Elle est utilisée pour la communication entre individus de la même espèce, pour le camouflage par contre-illumination — où un animal s'accorde à la lumière descendante faible pour se rendre invisible depuis le dessous — pour attirer des proies, comme dans l'appât du poisson-pêcheur, et pour surprendre ou confondre les prédateurs.
La bioluminescence de surface, visible comme une lueur bleue dans l'eau agitée la nuit, est principalement produite par les dinoflagellés — des organismes unicellulaires qui clignotent lorsqu'ils sont mécaniquement agités par des vagues, des sillages de bateaux ou des animaux nageurs.
Credit: Glenda / Pexels
Les requins sont parmi les plus anciens vertébrés sur Terre. La lignée évolutive qui a conduit aux requins modernes remonte à plus de 450 millions d'années, à la période ordovicienne — avant qu'il n'y ait des arbres, avant que les premiers amphibiens ne quittent l'eau, avant l'existence des dinosaures. Les requins ont survécu à tous les cinq grands événements d'extinction massive de la Terre, y compris l'événement de fin du Crétacé il y a 66 millions d'années qui a éliminé les dinosaures non aviens.
Le registre fossile des requins est principalement composé de dents, car les squelettes de requins sont faits de cartilage plutôt que d'os et préservent rarement. Mais des écailles et des dents isolées indiquent la présence de poissons de type requin remontant au début du Paléozoïque. Les dents des requins à travers l'histoire montrent le même design fondamental que les dents modernes — triangulaires, dentelées et remplacées continuellement tout au long de la vie.
Les requins modernes conservent des caractéristiques qui reflètent leurs origines anciennes. Le plan corporel de base — corps profilé, queue hétérocerque, système de ligne latérale pour détecter le mouvement de l'eau, et électrorécepteurs appelés ampoules de Lorenzini qui détectent les faibles champs électriques produits par le mouvement musculaire chez les proies — est fonctionnellement similaire à celui des anciens ancêtres.
Les ampoules de Lorenzini sont particulièrement remarquables. Ce sont des pores remplis de gelée concentrés autour du museau qui détectent des gradients électriques aussi petits que cinq milliardièmes de volt par centimètre. Cela permet aux requins de détecter le battement de cœur d'un poisson enfoui dans le sable. Aucun instrument fabriqué par l'homme n'a facilement reproduit cette sensibilité jusqu'aux dernières décennies.
Les requins jouent un rôle écologique important en tant que prédateurs de niveau supérieur ou intermédiaire dans les réseaux alimentaires océaniques. Leur disparition — survenue dans de nombreuses régions en raison de la pêche ciblée et des prises accessoires — a des effets mesurables sur les niveaux trophiques inférieurs, affectant les populations de poissons et, dans certains cas documentés, les conditions de l'habitat telles que la santé des herbiers marins et des récifs.
Credit: Michael Smith / Pexels
Les vagues qui déferlent sur les plages sont des phénomènes de surface, entraînées par le vent. Mais à l'intérieur de l'océan, loin de toute surface, une catégorie entièrement différente de vagues opère — les vagues internes, qui se forment non pas à l'interface air-mer mais aux frontières entre des couches d'eau de densités différentes.
Lorsque les marées poussent l'eau sur les crêtes sous-marines et les plateaux continentaux, l'interaction avec les frontières de densité crée des vagues internes qui peuvent se propager horizontalement sur des centaines de kilomètres. Ces vagues sont invisibles depuis la surface, mais peuvent être détectées par des instruments mesurant la température en profondeur, par des images satellites montrant leurs effets sur la rugosité de la surface et par des navires de recherche qui les traversent et subissent des changements soudains dans les propriétés de l'eau.
L'échelle de certaines vagues internes est extrême. Dans la mer de Chine méridionale, les vagues internes générées par le flux des marées sur le détroit de Luzon ont été mesurées avec des crêtes de près de 200 mètres de hauteur — plus hautes que n'importe quelle vague de surface jamais enregistrée. Ces vagues voyagent vers l'ouest à travers la mer de Chine méridionale sous forme de séries d'impulsions massives, détectables depuis l'orbite sous forme de motifs dans la réflectivité de la surface.
Les vagues internes mélangent l'océan. À mesure qu'elles se propagent et finissent par se briser — perdant de l'énergie en frappant les pentes continentales ou en rencontrant d'autres gradients de densité — elles mélangent les masses d'eau, apportant des nutriments des profondeurs et de la chaleur depuis la surface. Ce mélange est une partie essentielle de la circulation océanique qui n'est pas entraînée par le vent ou les forces thermohalines. Sans le mélange des vagues internes, l'océan profond serait beaucoup plus stagnant et la distribution de la chaleur et des nutriments dans la colonne d'eau serait très différente.
Les sous-marins doivent tenir compte des vagues internes, qui peuvent provoquer des changements soudains de flottabilité et pousser les navires hors de leur profondeur. Ce phénomène est une considération de navigation pour les submersibles militaires depuis le milieu du 20e siècle.
Credit: Walter Coppola / Pexels
Les gyres océaniques tropicaux et subtropicaux — les grands systèmes de circulation à déplacement lent qui dominent les bassins océaniques centraux — sont parfois appelés déserts océaniques. Les gyres du Pacifique central, de l'Atlantique central et de l'océan Indien figurent parmi les environnements les plus appauvris en nutriments de la planète. L'absence de remontée d'eau signifie que les eaux de surface ont épuisé leurs nutriments et que le phytoplancton reste rare. L'eau est extraordinairement claire, d'un bleu brillant, et presque dépourvue de vie selon les normes des régions océaniques plus productives.
La mer des Sargasses dans l'Atlantique Nord est entièrement entourée par des courants océaniques et reçoit ses nutriments uniquement des précipitations et de la décomposition de la sargasse qui s'accumule à sa surface. Elle soutient une communauté spécialisée d'organismes, mais la production primaire est faible. Le bleu de l'eau de l'océan ouvert tropical ne reflète pas la richesse mais l'absence quasi totale de particules — y compris le phytoplancton — qui diffusent la lumière.
Les zones de convergence au sein de ces gyres sont devenues des zones d'accumulation pour les débris plastiques flottants. Le plastique océanique se concentre dans les gyres parce que le motif de courant circulaire piège le matériel de surface près du centre. Le Gyre subtropical du Pacifique Nord est associé au vortex de déchets du Pacifique Nord — une zone de concentration de plastique accrue qui n'est pas une masse solide mais une zone dispersée de petits fragments plastiques, de sacs plastiques et d'articles de débris qui réduisent en taille par dégradation UV mais ne disparaissent pas de la colonne d'eau.
Malgré leur faible productivité, les gyres océaniques ne sont pas biologiquement morts. Des organismes spécialisés ont évolué pour exploiter les ressources rares de l'océan ouvert. Le nautile de papier — un parent de la pieuvre — vit ici. Le gastéropode violet Janthina dérive sur des radeaux de bulles de mucus qu'il fabrique lui-même. La caravelle portugaise est un organisme colonial, pas une seule méduse, composée d'individus spécialisés qui naviguent collectivement à la surface de l'océan ouvert en utilisant un flotteur rempli de gaz comme voile.
Credit: Francisco Davids / Pexels
L'océan n'est pas silencieux sous la surface, même loin du bruit biologique des récifs. Les poissons produisent des sons par divers mécanismes, et la communication acoustique joue un rôle dans le comportement de frai, la défense du territoire, les avertissements de prédateurs et la coordination sociale parmi des centaines d'espèces de poissons.
La plupart des sons de poissons sont produits par la vessie natatoire — un organe rempli de gaz utilisé principalement pour le contrôle de la flottabilité. Les muscles attachés à la vessie natatoire ou l'entourant peuvent la faire vibrer rapidement, produisant des grognements, des coups, des grondements, des boops et des croassements. Certains poissons produisent des sons en grincant des dents — un comportement appelé stridulation. D'autres utilisent leurs nageoires pectorales.
Les agrégations de frai sont parmi les événements biologiques les plus bruyants de l'océan. Lorsque de grands groupes de poissons se rassemblent pour frayer, le son collectif produit — grognements et appels de milliers ou millions d'individus — peut être détecté à des centaines de mètres. Le corvina du Golfe, un poisson qui fraie dans le delta du fleuve Colorado, produit des appels d'agrégation si forts pendant la saison de frai qu'ils ont été mesurés à des niveaux capables d'altérer temporairement l'audition des dauphins et des lions de mer dans la région.
De nombreux poissons de récif sont des communicateurs nocturnes. Après la tombée de la nuit, lorsque les signaux visuels sont limités, les signaux acoustiques deviennent plus importants pour la reconnaissance des espèces et le choix du partenaire. Des recherches sur les demoiselles, les gobies et diverses espèces de récif ont documenté des appels spécifiques aux espèces qui fonctionnent dans l'attraction des partenaires pendant la saison de reproduction.
La difficulté d'étudier la communication des poissons a historiquement été technologique - enregistrer les sons des poissons dans leur environnement naturel sans les perturber nécessite des hydrophones spécialisés et un déploiement minutieux. À mesure que la technologie d'enregistrement s'est améliorée, le catalogue des sons de poissons documentés a considérablement augmenté, et ce qui était autrefois supposé être un monde largement silencieux est maintenant compris comme étant largement acoustique.
Credit: Pixabay / Pexels
L'océan ne se contente pas de refléter ou de répondre aux conditions atmosphériques - il génère activement des phénomènes météorologiques. La température de l'océan, l'évaporation et l'échange de chaleur entraînent des schémas de circulation atmosphérique à des échelles régionales et mondiales.
Les cyclones tropicaux - appelés ouragans dans l'Atlantique et l'est du Pacifique, et typhons dans l'ouest du Pacifique - nécessitent deux conditions océaniques de base : des températures de l'eau de surface supérieures à environ 26,5 °C et une profondeur suffisante d'eau chaude. À mesure qu'un cyclone passe au-dessus de l'océan, il puise son énergie dans l'évaporation de l'eau de surface chaude. L'humidité s'élève, se condense dans l'atmosphère et libère de la chaleur latente qui alimente la tempête. L'eau froide remontée par le passage de la tempête peut l'affaiblir ; traverser des bassins plus chauds et plus profonds intensifie la tempête.
Les anomalies de température de surface de la mer, en particulier le réchauffement périodique du centre et de l'est du Pacifique connu sous le nom de El Niño, modifient les schémas de précipitations à l'échelle mondiale. Pendant les événements El Niño, le courant-jet se déplace, modifiant les trajectoires des tempêtes. Certaines parties de l'Amérique du Sud reçoivent des précipitations nettement plus importantes. L'Australie et l'Asie du Sud-Est connaissent la sécheresse. L'ouest des États-Unis peut recevoir des précipitations supérieures à la moyenne. Ces effets se produisent parce que la distribution de la température de l'océan contrôle comment la chaleur et l'humidité sont distribuées dans l'atmosphère.
L'océan modère également les extrêmes. Sa capacité thermique énorme signifie qu'il se réchauffe et se refroidit beaucoup plus lentement que la terre. Les régions côtières connaissent des variations de température plus douces que les régions intérieures à la même latitude. Les villes proches de l'océan ont des différences plus petites entre leurs mois les plus chauds et les plus froids - une conséquence directe de la masse thermique de l'océan qui amortit les températures atmosphériques.
Le brouillard, en revanche, se forme lorsque l'air chaud et humide se déplace au-dessus de l'eau océanique froide et que l'humidité se condense. Le brouillard côtier persistant en Californie, au Pérou, en Namibie et dans d'autres régions côtières est causé par de l'eau froide remontée au large - un processus océanique aux conséquences directes pour l'écologie locale et l'activité humaine.
