Océanographie

Formation du système solaire

La nébuleuse primitive qui a contribué à la formation de notre système solaire était constituée d’un amas de gaz contenant surtout de l’hydrogène et de l’hélium et en plus faibles proportions les éléments carbone, azote, oxygène, silicium, magnésium, fer, ainsi que tous les autres éléments de la classification. A proximité du centre de la nébuleuse, les températures étaient élevées et seuls les éléments réfractaires (notamment silicium et fer) ont pu se condenser et former des poussières solides, de composition voisine de celle que l’on trouve actuellement dans les météorites appelées chondrites. A la périphérie du nuage, les températures étant plus faibles, des espèces volatiles (notamment l’eau et l’ammoniac) ont pu se condenser. Mais nulle part la température n’a été assez basse pour qu’ hydrogène ou hélium se condensent.

Il y a 4,55 milliards d’années, les planètes se sont formées par accrétion de ces poussières. Dans la banlieue chaude du soleil, la Terre et les autres planètes telluriques ont été formée à partir de chondrites. Mais la température ambiante était trop élevée pour que notre planète puisse se constituer une atmosphère primitive en captant les gaz présents à l’état gazeux dans la nébuleuse. Dans une première phase de croissance, la température du corps en formation a augmenté fortement du fait de la désintégration des éléments radioactifs à courte vie et de l’énergie libérée par les impacts. La protoplanète est entrée en fusion et la différenciation chimique a pu se produire. Les espèces chimiques initialement rassemblées de manière homogène et celles qui s’étaient formés ensuite par une chimie à haute pression et à haute température ont migré et se sont organisés en sphères concentriques : les plus denses et les plus réfractaires au centre de la planète, les plus légères et les plus volatiles vers la périphérie.

Le globe terrestre actuel contient un noyau dense constitué de fer et de nickel en fusion. Sa partie centrale, appelée graine, est solidifiée sous l’effet des fortes pressions. Il est entouré d’un manteau, où des éléments plus légers, silicium, aluminium et magnésium, prédominent.
Viennent ensuite les deux enveloppes légères : l’hydrosphère, c’est à dire l’océan mondial et l’atmosphère.

Dans les contrées froides et lointaines de la nébuleuse ce sont des poussières moins denses et contenant une forte proportion de glace qui se sont agglomérées. Dès que ces corps gelés ont atteint une taille, donc une gravité, suffisante, ils se sont mis capturer les innombrables molécules de gaz engourdies de froid se trouvant sur leur trajectoire et ils sont devenus des planètes géantes : Jupiter, Saturne, Uranus et Neptune.

Il est probable que dans cette phase de formation la protoplanète ne devait avoir ni atmosphère ni hydrosphère car sa température superficielle était trop forte et sa gravité trop faible pour retenir à sa périphérie les espèces volatiles s’échappant de l’intérieur. Mais dès que la planète a atteint une taille suffisante pour que sa surface dissipe par rayonnement thermique l’énergie due aux impacts, sa température superficielle s’est stabilisée puis s’est mise à baisser. A partir de ce moment là, l’eau et les gaz qui migraient depuis l’intérieur du globe ont pu s’accumuler à sa périphérie et constituer l’hydrosphère et l’atmosphère primitives (la croûte et le manteau terrestre contiennent encore aujourd’hui 20 fois plus d’eau liée sous forme d’hydroxydes que n’en contient l’océan actuel).
L’eau remontant des entrailles du globe était soumise à de fortes températures et à de fortes pressions. Elle était à l’état supercritique sur une grande partie de son parcours.

A partir d’une température de 374°C et d’une pression de 218 atm la frontière entre eau liquide et eau gazeuse disparaît et l’eau se trouve sous forme d’un fluide unique dont la masse volumique est, au point critique, de 315 kg m-3.

Origine de la salinité de l'eau de mer

Ce fluide jaillissant à la surface se serait-il vaporisé en épaisses nuées qui, par la suite, se seraient condensées pour former l’océan ? Il faut certainement renoncer à une vision aussi pittoresque de déluge universel, car l’atmosphère terrestre n’a jamais pu contenir à un moment donné l’eau présente dans l’océan actuel.

Selon une thèse développée en 1997 par William Ryan et Walter Pitman, à la fin de la dernière glaciation, la mer Noire était un lac séparé de la Méditerranée. La fonte de la calotte glaciaire éleva régulièrement le niveau général des mers et le verrou du Bosphore céda brusquement il y a de cela 7500 ans. Et la mer Méditerranée envahit brutalement la mer Noire détruisant toute vie sur ses rives.

Il est plus probable que l’eau remontant petit à petit à la surface du globe s’est vaporisée dans un premier temps et qu’ensuite lorsqu’une certaine pression atmosphérique (dont la valeur dépend de la température régnante) a été atteinte, l’eau s’est mise à sourdre sous forme liquide.

Ce scénario s’est déroulé sur une période s’étendant probablement sur quelques centaines de millions d’années et devait être achevé au début de la période archéenne, il y a 4,016 milliard d’années. Il contredit l’idée commune selon laquelle l’océan primordial aurait été constitué d'eau douce et que le lessivage progressif des continents par les fleuves et les eaux de ruissellement lui aurait conféré au fil des temps sa salinité actuelle. En effet les eaux remontant de l’intérieur du globe devaient être chargées en espèces dissoutes comme le sont encore de nos jours les fluides géothermaux qui jaillissent dans le fond des océans. Ces eaux, une fois en place, ont pu secondairement dissoudre des éléments solubles tels que sodium, potassium, calcium et magnésium, présents dans la lithosphère primitive et piéger les espèces volatiles dégazant de l’intérieur du globe, notamment le soufre et le chlore. En revanche cette chimie ne devrait rien ou presque rien à la présence des continents, car les premiers noyaux continentaux ont été formés postérieurement à l’hydrosphère, sur une période s’étendant entre - 4,016 et -2,5 milliard d’années.

Il paraît donc certain que l'océan a constitué dès l'aube des temps géologiques un milieu de composition saline originale. Il se peut que la salinité de cet océan ait évolué ensuite très lentement sous l'effet d'apports et de retraits réguliers de matière ou ait connu des variations brusques liées à des vicissitudes tectoniques entraînant l’isolement et l’assèchement de bassins océaniques. Mais il convient de noter que les apports actuels des fleuves correspondraient en grande partie à un recyclage permanent d'embruns transportés par les vents et saupoudrés sur toute la surface des continents et à un lessivage d'anciens dépôts marins qui retournent à leur milieu d'origine.
Mythes concernant la salinité de l'eau de mer