8.3 : Biomes aquatiques
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Facteurs abiotiques influençant les biomes aquatiques
Comme les biomes terrestres, les biomes aquatiques sont influencés par une série de facteurs abiotiques. Le milieu aquatique, l'eau, possède des propriétés physiques et chimiques différentes de celles de l'air. Même si l'eau d'un étang ou d'un autre plan d'eau est parfaitement claire (il n'y a pas de particules en suspension), l'eau absorbe toujours la lumière. En descendant dans un plan d'eau profond, il finira par atteindre une profondeur que la lumière du soleil ne pourra pas atteindre. Bien que certains facteurs abiotiques et biotiques d'un écosystème terrestre puissent masquer la lumière (comme le brouillard, la poussière ou les essaims d'insectes), il ne s'agit généralement pas de caractéristiques permanentes de l'environnement. L'importance de la lumière dans les biomes aquatiques est essentielle pour les communautés d'organismes présents dans les écosystèmes d'eau douce et marins. Dans les systèmes d'eau douce, la stratification des températures due aux différences de densité est peut-être le facteur abiotique le plus critique et est liée aux aspects énergétiques de la lumière. Les propriétés thermiques de l'eau (taux de chauffage et de refroidissement) sont importantes pour le fonctionnement des systèmes marins et ont des impacts majeurs sur le climat et les conditions météorologiques de la planète. Les systèmes marins sont également influencés par les mouvements physiques de l'eau à grande échelle, tels que les courants, qui sont moins importants dans la plupart des lacs d'eau douce.
Biomes marins
L'océan est le plus grand biome marin. Il s'agit d'une masse continue d'eau salée dont la composition chimique est relativement uniforme ; il s'agit d'une solution faible de sels minéraux et de matière biologique pourrie. Au sein de l'océan, les récifs coralliens constituent un deuxième type de biome marin. Les estuaires, zones côtières où l'eau salée et l'eau douce se mélangent, forment un troisième biome marin unique.
Océan
La diversité physique de l'océan a une influence significative sur les plantes, les animaux et d'autres organismes. L'océan est classé selon plusieurs zones (Figure\(\PageIndex{a}\)). Chaque zone possède un groupe distinct d'espèces adaptées aux conditions biotiques et abiotiques qui lui sont propres. La zone intertidale, qui est la zone située entre la marée haute et la marée basse, est la région océanique la plus proche de la terre ferme. En général, la plupart des gens considèrent cette partie de l'océan comme une plage de sable. Dans certains cas, la zone intertidale est bien une plage de sable, mais elle peut aussi être rocheuse ou boueuse. Les organismes sont exposés à l'air et au soleil à marée basse et se trouvent sous l'eau la plupart du temps, en particulier à marée haute. Par conséquent, les organismes vivants qui prospèrent dans la zone intertidale sont adaptés pour rester secs pendant de longues périodes. Le rivage de la zone intertidale est également frappé à plusieurs reprises par les vagues, et les organismes qui s'y trouvent sont adaptés pour résister aux dommages causés par l'action des vagues (figure\(\PageIndex{b}\)). Les exosquelettes des crustacés du littoral (tels que le crabe de rivage, Carcinus maenas) sont résistants et les protègent de la dessiccation (dessèchement) et des dommages causés par les vagues. Une autre conséquence du battement des vagues est que peu d'algues et de plantes s'installent dans les roches, le sable ou la boue en mouvement constant.
La zone néritique s'étend de la zone intertidale jusqu'à des profondeurs d'environ 200 m (ou 650 pieds) au bord du plateau continental. Comme la lumière peut pénétrer à cette profondeur, une photosynthèse peut se produire. L'eau ici contient du limon et est bien oxygénée, basse pression et stable en température. Le phytoplancton et les sargasses flottantes (un type d'algue marine flottant librement) fournissent un habitat à une partie de la vie marine de la zone néritique. Le zooplancton, les protistes, les petits poissons et les crevettes se trouvent dans la zone néritique et constituent la base de la chaîne alimentaire de la plupart des pêcheries du monde.
Au-delà de la zone néritique se trouve la zone océanique ouverte connue sous le nom de zone océanique. Dans la zone océanique, il existe une stratification thermique où les eaux chaudes et froides se mélangent en raison des courants océaniques. Le plancton abondant constitue la base de la chaîne alimentaire des grands animaux tels que les baleines et les dauphins. Les nutriments sont rares et il s'agit d'une partie relativement moins productive du biome marin. Lorsque les organismes photosynthétiques, les protistes et les animaux qui s'en nourrissent meurent, leurs corps tombent au fond de l'océan où ils restent.
Toutes les eaux libres de l'océan sont appelées le royaume pélagique. Le royaume pélagique est divisé en zones photiques, aphotiques et abyssales de haut en bas en fonction de la distance que la lumière atteint dans l'eau. La zone photique, qui est la partie de l'océan que la lumière peut pénétrer (environ 200 m ou 650 pieds). À des profondeurs supérieures à 200 m, la lumière ne peut pas pénétrer ; c'est ce que l'on appelle la zone aphotique. La majorité des organismes de la zone aphotique comprennent les concombres de mer (phylum Echinodermata) et d'autres organismes qui survivent grâce aux nutriments contenus dans les cadavres des organismes de la zone photique.
La partie la plus profonde de l'océan est la zone abyssale, qui se trouve à des profondeurs de 4 000 m ou plus. Les zones aphotique et abyssale manquent de lumière pour la photosynthèse et, ensemble, elles constituent la majeure partie de l'océan. La partie la plus profonde de l'océan, le Challenger Deep (dans la tranchée des Mariannes, située dans l'océan Pacifique occidental), a une profondeur d'environ 11 000 m (environ 6,8 miles). Pour donner une idée de la profondeur de cette tranchée, la profondeur de l'océan est en moyenne de 4267 m. Ces zones sont également pertinentes pour les lacs d'eau douce. La zone abyssale est très froide et présente une pression très élevée, une forte teneur en oxygène et une faible teneur en nutriments. On trouve une variété d'invertébrés et de poissons dans cette zone, mais la zone abyssale ne possède pas de plantes en raison du manque de lumière. Les fissures de la croûte terrestre appelées évents hydrothermaux se trouvent principalement dans la zone abyssale (figure\(\PageIndex{c}\)). Autour de ces évents, les bactéries qui utilisent le sulfure d'hydrogène et d'autres minéraux émis comme source d'énergie constituent la base de la chaîne alimentaire de la zone abyssale.
Le domaine benthique s'étend le long du fond de l'océan, depuis le rivage jusqu'aux parties les plus profondes du fond de l'océan. Il est composé de sable, de limon et d'organismes morts. Il s'agit d'une partie de l'océan riche en nutriments en raison des organismes morts qui tombent des couches supérieures de l'océan. En raison de cette teneur élevée en nutriments, il existe une diversité d'éponges, d'anémones de mer, de vers marins, d'étoiles de mer, de poissons et de bactéries.
récifs coralliens
Les récifs coralliens se caractérisent par une grande biodiversité et par les structures créées par les invertébrés qui vivent dans les eaux chaudes et peu profondes de la zone photique de l'océan. Ils se trouvent principalement à moins de 30 degrés au nord et au sud de l'équateur. La Grande Barrière de Corail est un système récifal bien connu situé à plusieurs kilomètres au large de la côte nord-est de l'Australie. Les organismes coralliens sont des colonies de polypes d'eau salée qui sécrètent un squelette de carbonate de calcium. Ces squelettes riches en calcium s'accumulent lentement pour former le récif sous-marin (figure\(\PageIndex{d}\)).
Les coraux trouvés dans les eaux peu profondes (à une profondeur d'environ 60 m ou environ 200 pieds) entretiennent une relation mutualiste avec des algues unicellulaires photosynthétiques appelées dinoflagellés. Cette relation fournit aux coraux la majeure partie de la nutrition et de l'énergie dont ils ont besoin. Les eaux dans lesquelles vivent ces coraux sont pauvres sur le plan nutritionnel et, sans ce mutualisme, les grands coraux ne pourraient pas se développer. Certains coraux vivant dans des eaux plus profondes et plus froides n'entretiennent pas de relation mutualiste avec les algues ; ces coraux obtiennent de l'énergie et des nutriments en utilisant les cellules urticantes de leurs tentacules pour capturer leurs proies. On estime que plus de 4 000 espèces de poissons peuplent les récifs coralliens. Ces poissons peuvent se nourrir de coraux, d'autres invertébrés ou d'algues et d'algues associées au corail.
Les estuaires : là où l'océan rencontre l'eau douce
Les estuaires sont des biomes qui se trouvent à l'endroit où une source d'eau douce, telle qu'une rivière, rencontre l'océan. Par conséquent, de l'eau douce et de l'eau salée se trouvent à proximité ; le mélange donne une eau salée diluée (saumâtre). Les estuaires forment des zones protégées où de nombreux jeunes descendants de crustacés, de mollusques et de poissons commencent leur vie. La salinité est un facteur très important qui influence les organismes et les adaptations des organismes présents dans les estuaires. La salinité des estuaires varie et dépend du débit de leurs sources d'eau douce. Une ou deux fois par jour, les marées hautes amènent de l'eau salée dans l'estuaire. Les marées basses qui se produisent à la même fréquence inversent le courant de l'eau salée.
La variation rapide et à court terme de la salinité due au mélange d'eau douce et d'eau salée constitue un défi physiologique difficile pour les plantes et les animaux qui peuplent les estuaires. De nombreuses espèces de plantes estuariennes sont des halophytes, des plantes qui peuvent tolérer les conditions salées. Les plantes halophytes sont adaptées pour faire face à la salinité résultant de l'eau salée sur leurs racines ou des embruns marins. Chez certains halophytes, les filtres situés dans les racines retirent le sel de l'eau absorbée par la plante. D'autres plantes sont capables de pomper de l'oxygène dans leurs racines. Les animaux, tels que les moules et les palourdes, ont développé des adaptations comportementales qui dépensent beaucoup d'énergie pour fonctionner dans cet environnement en évolution rapide. Lorsque ces animaux sont exposés à une faible salinité, ils arrêtent de se nourrir, ferment leur carapace et cessent de consommer de l'oxygène. Lorsque la marée haute revient dans l'estuaire, la salinité et la teneur en oxygène de l'eau augmentent, et ces animaux ouvrent leur carapace, commencent à se nourrir et recommencent à utiliser de l'oxygène.
Biomes d'eau douce
Les biomes d'eau douce comprennent les lacs et les étangs (eau stagnante) ainsi que les rivières et les ruisseaux (eau courante). Ils incluent également les zones humides, qui seront discutées plus tard. Les humains dépendent des biomes d'eau douce pour fournir des ressources aquatiques pour l'eau potable, l'irrigation des cultures, l'assainissement et l'industrie. Ces différents rôles et avantages humains sont appelés services écosystémiques. Les lacs et les étangs se trouvent dans les paysages terrestres et sont donc liés à des facteurs abiotiques et biotiques qui influencent ces biomes terrestres.
Lacs et étangs
La superficie des lacs et des étangs peut varier de quelques mètres carrés à des milliers de kilomètres carrés. La température est un facteur abiotique important qui affecte les organismes vivants des lacs et des étangs. En été, la stratification thermique des lacs et des étangs se produit lorsque la couche supérieure de l'eau est réchauffée par le soleil et ne se mélange pas à des eaux plus profondes et plus froides. Comme les océans, les lacs et les étangs possèdent des zones photoïques à travers lesquelles la lumière peut pénétrer et des zones aphotiques sans lumière. Le phytoplancton (petits organismes photosynthétiques tels que les algues et les bactéries photosynthétiques qui flottent dans l'eau) s'y trouve et effectue la photosynthèse, constituant la base du réseau alimentaire des lacs et des étangs. Le zooplancton (très petits animaux qui flottent dans l'eau), tels que les rotifères et les petits crustacés, consomme ce phytoplancton (figure\(\PageIndex{e}\)). Au fond des lacs et des étangs, les bactéries présentes dans la zone aphotique décomposent les organismes morts qui s'enfoncent au fond.
Rivières et ruisseaux
Les rivières et les ruisseaux sont des plans d'eau en mouvement continu qui transportent de grandes quantités d'eau de la source, ou du cours supérieur, vers un lac ou un océan. Les plus grands fleuves sont le Nil en Afrique, le fleuve Amazone en Amérique du Sud (Figure\(\PageIndex{f}\)) et le Mississippi en Amérique du Nord. Les caractéristiques abiotiques des rivières et des ruisseaux varient le long de la rivière ou du ruisseau. Les cours d'eau prennent naissance à un point d'origine appelé source d'eau. L'eau de la source est généralement froide, pauvre en nutriments et claire. Le chenal (la largeur de la rivière ou du ruisseau) est plus étroit qu'à tout autre endroit le long de la rivière ou du ruisseau. De ce fait, le courant y est souvent plus rapide qu'à tout autre point de la rivière ou du ruisseau.
Le débit rapide de l'eau entraîne une accumulation minimale de limon au fond de la rivière ou du ruisseau, ce qui rend l'eau claire. Ici, la photosynthèse est principalement attribuée aux algues qui poussent sur les rochers ; le courant rapide inhibe la croissance du phytoplancton. Un apport énergétique supplémentaire peut provenir des feuilles ou d'autres matières organiques qui tombent dans la rivière ou le ruisseau par les arbres et autres plantes qui bordent l'eau. Lorsque les feuilles se décomposent, les matières organiques et les nutriments contenus dans les feuilles sont renvoyés dans l'eau. Les plantes et les animaux se sont adaptés à cette eau qui se déplace rapidement. Par exemple, les sangsues ont un corps allongé et des ventouses aux deux extrémités. Ces ventouses se fixent au substrat, maintenant la sangsue ancrée en place. Les espèces de truites d'eau douce sont d'importants prédateurs dans ces rivières et ruisseaux à débit rapide.
Au fur et à mesure que la rivière ou le ruisseau s'éloigne de la source, la largeur du chenal s'élargit progressivement et le courant ralentit. Cette eau lente, causée par la diminution du gradient et l'augmentation du volume à mesure que les affluents s'unissent, est plus sédimentée. Le phytoplancton peut également être mis en suspension dans des eaux lentes. Par conséquent, l'eau ne sera pas aussi claire qu'elle l'est à proximité de la source. L'eau est également plus chaude. Des vers et des insectes s'enfouissent dans la boue. Les vertébrés prédateurs d'ordre supérieur comprennent la sauvagine, les grenouilles et les poissons.
zones humides
Les zones humides sont des environnements dans lesquels le sol est saturé en eau de façon permanente ou périodique. Les zones humides sont différentes des lacs parce que les zones humides sont des plans d'eau peu profonds qui peuvent s'assécher périodiquement. La végétation émergente est constituée de plantes des zones humides enracinées dans le sol mais dont des parties de feuilles, de tiges et de fleurs s'étendent au-dessus de la surface de l'eau. Il existe plusieurs types de zones humides, notamment les marais, les marécages, les tourbières, les vasières et les marais salés (figure\(\PageIndex{g}\)).
Attribution
Modifié par Melissa Ha à partir des biomes aquatiques de la biologie environnementale par Matthew R. Fisher (sous licence CC-BY)