Effet de la migration verticale diurne du - Québec

Effet de la migration verticale diurne du zooplancton dans un modèle NPZD appliqué
au golfe San Jorge (Patagonie, Argentine)
Ariadna C. Nocera1, Dany Dumont1, Irene Schloss1,2 , Valeria Retana3 et Gustavo Ferreyra1
Institut des sciences de la mer de Rimouski, Université du Québec à Rimouski, Québec, Canada
2
Instituto Antártico Argentino , Buenos Aires, Argentina
3
Centro Nacional Patagónico, CONICET, Puerto Madryn, Argentina
Mise en contexte
Dans les océans, le zooplancton fait souvent des migrations verticales
diurnes (MVD)1. Ce comportement a été acquis entre autres pour éviter les
prédateurs et les possibles effets négatifs de l’exposition à la lumière. Le
mouvement peut modifier les apports de matériel organique dans la
colonne d’eau et a comme conséquence d’affecter le flux de carbone dans
le milieu plus profond.
Paramétrisation de la MVD
Adapté de Maps et al. (2011)5 pour un modèle
Eulérien et en appliquant des restrictions pour la
lumière et la concentration du phytoplancton:
30
30
-70
50
Zooplancton
Zone euphotique
Zone aphotique
Figure I: Modèle NPZD adapté
de Fasham et al. (1990)4. Les
traits minces représentent les
relations entre compartiments;
les traits épais, l’écoulement; le
pointillé, la MVD.
Détritus
Zooplancton
Le modèle biogéochimique a
été couplé avec le General Ocean
Turbulence Model (GOTM) qui
simule le transport moyen et
turbulent selon la verticale étant
donné des conditions aux
frontières et initiales.
Migration verticale
diurne
Feb 6
00
12
Feb 7
00
Feb 8
Ic = 10
Pmin = 0.7
Zooplancton (mmol N m-3)
12
Feb 6
200
10
10
1
1
70
90
Feb 6
00
12
Feb 7
00
Feb 8
Profondeur
10
12
Feb 7
00
Ic = 1
Pmin = 2
Zooplancton (mmol N m-3)
90
0
12
Feb 8
00
Feb 6
30
12
Feb 7
Ic = 10
Pmin = 0.7
Zooplancton (mmol N m-3)
Feb 8
0.3
10
12
Feb 6
00
12
Feb 7
00
Feb 8
Ic = 1
Pmin = 0.7
Zooplancton (mmol N m-3)
70
0
90
12
Feb 6
00
12
Feb 7
00
Feb 8
Discussion
1 Ringelberg,
J. (2009). Diel vertical migration of zooplankton in lakes and oceans: causal
explanations and adaptive significances. Springer Science & Business Media.
2 Palma, E. D., Matano, R. P., & Piola, A. R. (2004). A numerical study of the Southwestern Atlantic
Shelf circulation: Barotropic response to tidal and wind forcing. Journal of Geophysical Research:
Oceans, 109(C8).
3 Bianchi, A. A., Bianucci, L., Piola, A. R., Pino, D. R., Schloss, I., Poisson, A., & Balestrini, C. F. (2005).
Vertical stratification and air-sea CO2 fluxes in the Patagonian shelf. Journal of Geophysical
Research: Oceans, 110(C7).
M. J. R., Ducklow, H. W., & McKelvie, S. M. (1990). A nitrogen-based model of plankton
dynamics in the oceanic mixed layer. Journal of Marine Research, 48(3), 591-639.
5 Maps, F., Zakardjian, B. A., Plourde, S., & Saucier, F. J. (2011). Modeling the interactions between
the seasonal and diel migration behaviors of Calanus finmarchicus and the circulation in the Gulf
of St. Lawrence (Canada). Journal of Marine Systems, 88(2), 183-202.
6 Aita, M. N., Yamanaka, Y., & Kishi, M. J. (2003). Effects of ontogenetic vertical migration of
zooplankton on annual primary production–using NEMURO embedded in a general circulation
model. Fisheries Oceanography, 12(4-5), 284-290.
2.5
100
2
80
1.5
60
1
40
0.5
20
0
0
Zooplancton (mmol N m-3)
60
100
J F M A M J J A S O N D J F MA M J
2014
(c)
J
F
Phytoplancton
M
A M
J
J
2014
A
S
Zooplancton
O N D
J
F M
A M
Détritus
J
J
2015
A
S O N D
2.5
100
2
80
1.5
60
1
40
0.5
20
J A S O N D
0
2015
(d)
Phytoplancton
Zooplancton
Détritus
0
J
F
M
A M
J
J
2014
A
S O
N D
J
F M
A M
J
J
2015
A
S O N D
Figure III: a-Profil pour la concentration du zooplancton sans MVD et b-avec MVD;
c-Résultats du modèle pour la production primaire, secondaire et détritus sans
migration verticale et d-avec la MVD (mmol m-2).
Nitrate
Phytoplancton
Division du compartiment détritus
en 4 compartiments
(boîtes pleines )
120
40
80
0
3
20
0
50
2015
120
2015
00
Perspectives
Bibliographie
(b)
30
50
3
Modèle avec MVD
Figure II: a-Échogramme (EK60, 120 Hz) pour le krill: amplitude de rétrodiffusion acoustique (-dB)
pendant une période de 36 h dans la zone centrale du GSJ; b-Radiation active photosynthétique (Iz)
du modèle: Ic du modèle (vert) et Ic observée (rose); c-Différentes solutions générées par le modèle
pour le zooplancton en modifiant les conditions des valeurs critiques (Ic et Pmin).
La production primaire autant que la production de détritus a été favorisée en
ajoutant la MVD dans le modèle, cependant Aita et al.6 ont trouvé que cet effet
peut changer en fonction de la taille du phytoplancton prédominant dans le
système.
La MVD contribue à augmenter la disponibilité de la matière organique dans la
colonne d’eau, ce qui modifie considérablement le flux de carbone dans l’océan.
Les détritus du modèle sont toutefois un amalgame de particules de natures
différentes (phytodétritus, pelotes fécales, zooplancton mort). Une différenciation
des compartiments de chacun de ces types est prévue afin d’en quantifier les effets
sur le flux de carbone.
J A S O N D J F M A M J J A S O N D
2014
1
70
0.5
90
0
00
10
70
Ic modèle
Ic observée
J F M A M J
50
2014
70
-90
Profondeur
Profondeur
Phytoplancton
4
50
80
30
50
10
30
0.3
90
90
Nitrate
Profondeur
10
70
Modèle
60
(c)
10
(b)
40
100
-50
Zooplancton (mmol N m-3)
20
I(z)<Ic P>Pmin
-wzmax tanh(⍬(I(z)-Ic)) autrement
(a)
Modèle sans MVD
(a)
0
wz
Profondeur
Le golfe San Jorge (GSJ) est un bassin semi-ouvert en face du plateau
continental argentin (44° à 47°S)2 où le zooplancton effectue des MVDs sur
quelques dizaines de mètres. Bien qu’il existe quelques travaux sur le flux de
carbone dans la zone 3, l’effet que la migration verticale pourrait avoir n’a pas
encore été exploré.
Résultats
Profondeur
1
Zooplancton
Migration
verticale diurne
Phytodétritus
Pelotes fécales
Zooplancton
mort
Zone euphotique
Zone aphotique
Zooplancton
Neige marine
Remerciements
Ce projet se développe dans le cadre du programme PROMESSE, une collaboration binationale entre le Québec (UQAR et réseau
Québec Océan) et l’Argentine (Ministère de la science et de la technologie, province de Chubut et Conseil national de la recherche
scientifique). Je tiens à remercier le programme argentin BEC.AR de m’avoir octroyé une bourse pour effectuer mon projet de maîtrise.
4 Fasham,
Secretaría de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva
Provincia del Chubut
Ministerio de
Ciencia, Tecnología
e Innovación Productiva
Presidencia de la Nación
Programa de Becas de formación
en el exterior en Ciencia y Tecnología