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Flux de chaleur et gradient océanique



  1. #1
    harmoniciste

    Flux de chaleur et gradient océanique


    ------

    Bonjour
    J'essaie désespérément de comprendre.
    La Terre se refroidit peu à peu dans l'espace, sa température à coeur étant de 2000 à 3000° K. Un flux de chaleur traverse donc inévitablement ses océans (75% de la surface) depuis le fond jusqu'à la surface.
    Comment se fait-il alors que les températures mesurées au fond sont plus basses qu'en surface?
    Merci pour vos réponses.

    -----

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  3. #2
    Tawahi-Kiwi

    Re : Flux de chaleur et gradient océanique

    Salut,

    Citation Envoyé par harmoniciste Voir le message
    sa température à coeur étant de 2000 à 3000° K.
    Meme mieux, 6000K, mais bon, on peut se limiter a la base de la lithosphere qui est de l'ordre de 2000K en effet.

    Le flux moyen pour la lithosphere oceanique est de 100mW/m2 (tres fortement concentre aux niveaux des rides medio-oceaniques et point chauds, beaucoup plus bas dans les plaines abyssales).


    Credit: Vieira & Hamza, 2010

    Le flux moyen pour la lithosphere antarctique va de 50 a 115 mW/m2 et n'est manifestement pas suffisant pour passer au dela de l'enthalpie de fusion de la glace de la calotte glaciaire (on peut dire la meme chose pour tout les pergelisols).


    Credit: Van Liefferinge and Pattyn, 2013

    Compte tenu que l'eau des fonds oceaniques vient des regions polaires, elles sont plus froides, et le reste malgre l'apport de chaleur provenant de la croute. Les seuls endroits ou l'eau de mer se rechauffe sont les zones hydrothermales ou le transfert de chaleur peut se faire de maniere plus efficace que par conduction a l'interface sol-ocean.

    Si la colonne d'eau etait parfaitement statique (pour sans doute au moins un million d'annees), alors il est possible qu'un gradient commence a s'installer; mais en realite, les echelles de temps concernant l'hydrosphere ne sont pas du meme ordre de grandeur que pour la lithosphere.

    T-K
    Dernière modification par Tawahi-Kiwi ; 06/03/2019 à 13h15.
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  4. #3
    oOPelleOo

    Re : Flux de chaleur et gradient océanique

    peu être parce-que la chaleur ne passe pas majoritairement par le fond océanique ? volvan, geyser ....
    peu être parce-que la perte de chaleur EAU/AIR est plus rapide que fond/EAU donc tu as une aspiration de la chaleur vers le haut d’où le gradiant de température ajoute a cela le rôle du soleil dans les eaux de surface


    juste des idées

  5. #4
    Damien49

    Re : Flux de chaleur et gradient océanique

    Compte tenu que l'eau des fonds oceaniques vient des regions polaires, elles sont plus froides, et le reste malgre l'apport de chaleur provenant de la croute.
    En effet et l'eau froide salé étant plus dense que l'eau chaude, elle tombe au fond de l'océan, d'où la présence du courant froid d'eau profonde (circulation thermohaline) qui fait le tour de la Terre par tous les océans, avant de remonter par "upwelling" par certains endroits
    La météorologie, c'est l'art de prévoir ce qui change tout le temps.

  6. #5
    harmoniciste

    Re : Flux de chaleur et gradient océanique

    Merci pour ta réponse T-K.
    Est-ce que je te résume bien en disant que tout le flux de chaleur remontant jusqu'aux fonds océaniques est transporté par des courants profonds (2 à 4°C) jusqu'aux cotes glacées des pôles qu'ils font fondre. Puis l'eau de fusion glacée (0 à 2°C)retourne se faire réchauffer sur les fonds océaniques ?
    Peut-on alors en conclure que la majorité le flux de chaleur remontant du manteau a pour effet principal de fondre les banquises?

    En attendant le moment lointain, quand toutes les glaces cotières auront fondues, où la température du fond pourra enfin s'échauffer et s'uniformiser par convection, jusqu'à la température moyenne de surface ?

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    yves25

    Re : Flux de chaleur et gradient océanique

    Je doute qu'il ait dit ça
    Dix secondes pour écrire une bêtise, parfois des heures pour montrer à tous que c'en est une...

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  10. #7
    LeMulet

    Re : Flux de chaleur et gradient océanique

    Citation Envoyé par harmoniciste Voir le message
    Comment se fait-il alors que les températures mesurées au fond sont plus basses qu'en surface?
    Parce-qu'il n'y a pas de lumière au fond.
    L'eau est donc froide et refroidit la croute terrestre sous-marine (mieux encore qu'à l'air libre puisque l'eau est liquide avec une bonne capacité calorifique), sans parler du fait que l'eau chaude remonte et est remplacée par l'eau froide (on ne refroidit pas les réacteurs avec de l'eau par hasard).

    Maintenant, vous allez me dire qu'il n'y a pas de lumière sous terre non plus et que contrairement aux océans la température augmente dans ce cas avec la profondeur.
    C'est vrai, mais c'est que l'eau est un bon isolant, alors que la roche n'est pas un trop mauvais conducteur thermique.
    Bonjour, et Merci.

  11. #8
    Tawahi-Kiwi

    Re : Flux de chaleur et gradient océanique

    Citation Envoyé par LeMulet Voir le message
    L'eau est donc froide et refroidit la croute terrestre sous-marine
    Tu as une drole de conception des lois de la thermodynamique. Si l'eau refroidit la croute, alors, l'eau se rechauffe

    Citation Envoyé par harmoniciste Voir le message
    Est-ce que je te résume bien en disant que tout le flux de chaleur remontant jusqu'aux fonds océaniques est transporté par des courants profonds (2 à 4°C) jusqu'aux cotes glacées des pôles qu'ils font fondre.
    Tu prends le probleme du mauvais cote, et arrive a une conclusion erronee
    L'eau est rechauffee par les fonds oceaniques, il n'y a pas de secret la dedans, ce serait le contraire qui serait etonnant. Maintenant en terme d'energie, il faut calculer quelle quantite de chaleur est transferee...

    En calculant rapidement (donc sans doute beaucoup d'approximations, mais l'ordre de grandeur est sans doute correct), j'arrive a:
    Surface oceanique: 360000000km2
    Chaleur specifique de l'eau: 4,186kJ/kg
    Energie du flux geothermique oceanique: ~0,1J/m2/s
    Transit thermohalin: ~600 ans

    Augmentation de temperature: 0,45ºC pour le kilometre d'eau au fond des oceans (a diviser de maniere proportionelle si tu veux considerer 4km de colonne d'eau, ca fait ~0,1ºC.

    Maintenant que l'on sait grossierement de quelle valeur on parle, on peut considerer la chose comme quasi-negligeable.

    Le(s) facteur(s) qui jouent dans la circulation thermohaline, est comme son nom l'indique, la temperature & la salinite. De maniere generale, l'eau de mer (contrairement a l'eau douce) est au plus dense pres de son point de fusion. Donc plus c'est froid, plus elle a tendance a migrer vers le fond.

    Le deuxieme facteur, c'est la formation de banquise (eau de mer gelee) qui est moins salee (~0,5%) que l'eau de mer (~3,5%) => il y a un rejet de sel dans l'eau adjacente beaucoup plus salee, la rendant plus dense et entrainant le courant vertical de downwelling qui amene ces eaux froides, salees et oxygenees aux fonds des oceans.

    Si l'eau descend aux poles, elle doit bien remonter quelque part et cela se fait dans les zones d'upwelling (principalement les zones cotieres non polaires). L'upwelling est le plus souvent d'origine bathymetrique et pas pycnique ou thermique. Une fois en surface, l'eau se rechauffe avant d'eventuellement migrer vers les poles.

    Puis l'eau de fusion glacée (0 à 2°C)retourne se faire réchauffer sur les fonds océaniques ?
    Peut-on alors en conclure que la majorité le flux de chaleur remontant du manteau a pour effet principal de fondre les banquises?
    Non, vu que les variations de surface sont entre -1,8ºC (aux poles) et 30ºC (mer de Bismarck - equateur), le pouillieme de dixieme de degres ajoute aux oceans par le flux geothermique n'est peut etre negligeable mais certainement pas l'effet principal.

    En attendant le moment lointain, quand toutes les glaces cotières auront fondues, où la température du fond pourra enfin s'échauffer et s'uniformiser par convection, jusqu'à la température moyenne de surface ?
    En periode non glaciaire, la circulation thermohaline diminue fortement et peut entrainer une crise anoxique globale (plus d'oxygene au fond des oceans, les rendant 'morts' quelques centaines de metres sous la surface). Dans un tel cas, et si la circulation thermohaline est negligeable, peut-etre peut-on supposer que l'ocean reflete les cellules de convections mantelliques et qu'une convection s'installe au niveau des rides medio-oceaniques (ou le flux geothermique est plusieurs fois plus important qu'en plaine abyssale). Aucune idee si cela a jamais ete modelise pour voir si c'est possible. Je doute que les oceans, meme sans banquise, soient si calmes pour permettre l'installation d'un tel systeme convectif.

    T-K
    Dernière modification par Tawahi-Kiwi ; 07/03/2019 à 02h40.
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  12. #9
    harmoniciste

    Re : Flux de chaleur et gradient océanique

    Citation Envoyé par Tawahi-Kiwi Voir le message
    L'eau est rechauffee par les fonds oceaniques, il n'y a pas de secret la dedans, ce serait le contraire qui serait etonnant.
    Bien sûr, mais mon incompréhension concernait l'évacuation du flux de chaleur traversant le plancher océanique, et qui ne pouvait pas, vu le sens du gradient dans la couche -500 à -2000m, rejoindre directement la surface.
    Damien et toi m'en avez donné la clé: les courants horizontaux vers les pôles. Négligeable ou non sur la température de la banquise, c'est donc nécessairement là que s'évacue la chaleur collectée sur l'ensemble des fonds océaniques.

    Citation Envoyé par Tawahi-Kiwi Voir le message
    Vu que les variations de surface sont entre -1,8ºC (aux poles) et 30ºC (mer de Bismarck - equateur), le pouillieme de dixieme de degres ajoute aux oceans par le flux geothermique n'est peut etre pas negligeable mais certainement pas l'effet principal.
    Je n'ai pas dit que la fonte de la banquise était principalement due au flux de chaleur traversant la crôute océanique. J'ai dit que ce flux de chaleur devait principalement s'absorber en fusion supplémentaire de la banquise. J'admet que ce supplément puisse être négligeable.

    Citation Envoyé par Tawahi-Kiwi Voir le message
    Augmentation de temperature: 0,45ºC pour le kilometre d'eau au fond des oceans (a diviser de maniere proportionelle si tu veux considerer 4km de colonne d'eau, ca fait ~0,1ºC.
    Vu le sens du gradient dans la couche -500 à -2000m , il ne reste donc que la couche entre -2000 m et le fond où la convection peut homogénéiser le flux de chaleur. Ton estimation de 0.45°C semblerait alors meilleure.

    Citation Envoyé par Tawahi-Kiwi Voir le message
    Je doute que les oceans, meme sans banquise, soient si calmes pour permettre l'installation d'un tel systeme convectif.
    Mon hypothèse était que sans ces courants de fonds vers les pôles pour évacuer le flux de chaleur crustal, la température en profondeur monterait au point de devenir égale à l'eau de surface. Le faible gradient serait alors dans le bon sens pour permettre une convection active jusqu'à la surface, océan calme ou non.
    Délais: t = 4.10^9 cm3 / 24.10^-3 cal = 1,7.10^11 s ou 5400 ans
    Dernière modification par harmoniciste ; 07/03/2019 à 09h28.

  13. #10
    harmoniciste

    Re : Flux de chaleur et gradient océanique

    OUPS: Compte tenu des températures préexistantes , je trouve qu'il faudrait environ 54000 ans pour que le gradient commencent à s'inverser et homogénéiser les températures par convection avec la surface.

  14. #11
    Tawahi-Kiwi

    Re : Flux de chaleur et gradient océanique

    Citation Envoyé par harmoniciste Voir le message
    J'ai dit que ce flux de chaleur devait principalement s'absorber en fusion supplémentaire de la banquise.
    Il peut sans doute s'echanger avec n'importe quoi en surface. Ce n'est pas vraiment quantifiable un fois que l'eau est a 18ºC dont 2% sont du au flux geothermique.

    Vu le sens du gradient dans la couche -500 à -2000m , il ne reste donc que la couche entre -2000 m et le fond où la convection peut homogénéiser le flux de chaleur. Ton estimation de 0.45°C semblerait alors meilleure.
    ~0.3ºC sur cette base de <2000m comme eaux profondes. Je ne pense pas par ailleurs que la convection aie un role significatif a jouer dans un systeme avec cette dynamique. La seule convection franche, c'est le downwelling polaire.

    Mon hypothèse était que sans ces courants de fonds vers les pôles pour évacuer le flux de chaleur crustal, la température en profondeur monterait au point de devenir égale à l'eau de surface. Le faible gradient serait alors dans le bon sens pour permettre une convection active jusqu'à la surface, océan calme ou non.
    Si le milieu est n'est pas stratifie, plein de courants, voire de turbulences, la convection importe peu. A nouveau, il faut quantifier cela pour se donner un idee et ne pas juste "penser que". Tu tombes dans le meme travers que la discussion precedente sur l'eustatisme.

    T-K
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  15. #12
    Tawahi-Kiwi

    Re : Flux de chaleur et gradient océanique

    Citation Envoyé par harmoniciste Voir le message
    Le faible gradient serait alors dans le bon sens pour permettre une convection active jusqu'à la surface, océan calme ou non.
    A ma connaissance, il n'y a pas de convection active liee au flux geothermique dans les bassins euxiniques (dont la mer Noire), donc d'un point vue purement observationel, ca ne fonctionne pas.

    T-K
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  17. #13
    Cts31

    Re : Flux de chaleur et gradient océanique

    Le faible gradient serait alors dans le bon sens pour permettre une convection active jusqu'à la surface
    Si le flux géothermique est suffisant pour conditionner le profil, il entre comme décideur de la convection.
    Si le flux géothermique se matérialise uniquement comme une perturbation, il n'entre plus comme décideur de la convection.

    Il y a une chose implicite à la convection en milieu naturel : les perturbations existent toujours partout donc ce qui décide de la convection est essentiellement le profil.
    C'est la grande différence avec la théorie déterministe où on arrive à imaginer une perturbation venue de nulle part.

    Il y a évidemment des cas intermédiaires où les perturbations doivent être suivies. Par exemple, certains types de relief sont plus propices à générer des perturbations que d'autres. Mais du coup, on passe en climatologie régionale.

  18. #14
    harmoniciste

    Re : Flux de chaleur et gradient océanique

    Je n'ai rien trouvé sur le gradient de température jusqu'au fond de la Mer Noire.

  19. #15
    Cts31

    Re : Flux de chaleur et gradient océanique

    Je ne comprend pas où vous voulez aller. J'ai surtout l'impression que vous ne comprenez pas la gravité de changer d'échelle.
    Il ne suffit pas de prononcer des mots de physique, il faut choisir son échelle.

    A l'échelle globale, le flux géothermique est négligeable. Son énergie se répercute comme une micro-turbulence sur un profil. A ce stade, il ne déclenche aucune convection, c'est le profil qui décide de la convection.

    A l'échelle de la Mer Noire, c'est quasiment la même chose puisque les mesures océanographiques n'ont rien détecté.

    Si vous voulez trouver quelque chose, allez faire des mesures pendant une éruption sous-marine, mais c'est une échelle bien plus petite et finalement c'est un autre monde, une autre discipline.
    Dernière modification par Cts31 ; 07/03/2019 à 14h53.

  20. #16
    harmoniciste

    Re : Flux de chaleur et gradient océanique

    Citation Envoyé par Cts31 Voir le message
    Je ne comprend pas où vous voulez aller.
    Il suffit de lire ma question #1

  21. #17
    Tawahi-Kiwi

    Re : Flux de chaleur et gradient océanique

    Citation Envoyé par Cts31 Voir le message
    Si vous voulez trouver quelque chose, allez faire des mesures pendant une éruption sous-marine, mais c'est une échelle bien plus petite et finalement c'est un autre monde, une autre discipline.
    En effet, l'energie liberee par un champ hydrothermal sur une ride (une eruption c'est plus complique car pas uniquement thermique) est de l'ordre du kW/m2, c'est quelques ordres de magnitudes au dessus du flux moyen ...et la, avec 300 ou 400ºC de difference entre les eaux profondes et hydrothermales, ca convecte, y'a pas de souci...

    T-K
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