Piscine de saumure - Brine pool

Ces cratères marquent la formation de mares de saumure à partir desquelles le sel s'est infiltré à travers le fond marin et a incrusté le substrat voisin.
Rendu NOAA d'un bassin de saumure dans le golfe du Mexique .
Les Chimaeridae pêchent et suintent les moules au bord du bassin de saumure.

Un bassin de saumure , parfois appelé lac sous - marin , en eau profonde ou lac salé , est un volume de saumure collecté dans une dépression du fond marin. Les piscines sont des masses d'eau denses dont la salinité est trois à huit fois supérieure à celle de l'océan environnant. Les bassins de saumure se trouvent généralement sous la glace de mer polaire et dans les profondeurs de l'océan. Ceux sous la banquise se forment par un processus appelé rejet de saumure . Pour les piscines d'eau salée profonde, le sel est nécessaire pour augmenter le gradient de salinité. Le sel peut provenir de l'un des deux processus suivants : la dissolution de grands gisements de sel par la tectonique du sel ou la saumure chauffée par géothermie issue des centres d'épandage tectoniques. La saumure contient souvent des concentrations élevées de sulfure d'hydrogène et de méthane , qui fournissent de l'énergie aux organismes chimiosynthétiques qui vivent près de la piscine. Ces créatures sont souvent des extrêmophiles et des symbiotes . Les bassins de saumure en eaux profondes et polaires sont toxiques pour les animaux marins en raison de leur forte salinité et de leurs propriétés anoxiques, qui peuvent finalement conduire à un choc toxique et éventuellement à la mort. La fréquence de la formation de bassins de saumure associée à leur salinité exceptionnellement élevée en a fait un candidat pour la recherche sur les moyens d'exploiter leurs propriétés pour améliorer la science humaine.

Caractéristiques

Les bassins de saumure sont parfois appelés « lacs » au fond de la mer parce que la saumure dense ne se mélange pas facilement avec l'eau de mer sus-jacente, créant une interface distincte entre les masses d'eau. Les piscines ont une superficie allant de moins de 1 mètre carré (11 pieds carrés) à 120 kilomètres carrés (46 milles carrés) du bassin Orca . La salinité élevée augmente la densité de la saumure, ce qui crée une surface et un rivage pour la piscine. En raison de la densité élevée de la saumure et de l'absence de courants de mélange dans l'océan profond, les mares de saumure deviennent souvent anoxiques et mortelles pour les organismes qui respirent. Les piscines de saumure soutenant l'activité chimiosynthétique, cependant, forment la vie sur les rives de la piscine où les bactéries et leurs symbiotes se développent près des concentrations les plus élevées de libération de nutriments. Des couches inégales et rougeâtres peuvent être observées flottant au-dessus de l'interface de saumure dense en raison des fortes densités d'archées halophiles qui sont supportées par ces environnements. Ces rivages sont des environnements complexes avec des changements importants de salinité, de concentration en oxygène, de pH et de température sur une échelle verticale relativement petite. Ces transitions offrent une variété de niches environnementales.

Formation

Les bassins de saumure sont créés par trois méthodes principales : le rejet de la saumure sous la glace de mer, la dissolution des sels dans les eaux de fond par la tectonique saline et le chauffage géothermique de la saumure aux limites tectoniques et aux points chauds .

  1. Rejet de saumure
    • Lorsque l'eau de mer gèle, les sels ne rentrent pas dans la structure cristalline de la glace et les sels sont donc expulsés. Les sels expulsés forment une saumure froide et dense qui coule sous la banquise jusqu'au fond marin. Le rejet de saumure à l'échelle océanique est associé à la formation des eaux profondes de l'Atlantique Nord (NADW) et des eaux de fond de l'Antarctique (AAW) qui jouent un rôle important dans la circulation thermohaline mondiale (THC). À une échelle localisée, cette saumure rejetée s'accumule dans les dépressions du fond marin formant un bassin de saumure. En l'absence de mélange, la saumure deviendra anoxique en quelques semaines.
  2. Tectonique du sel
    • Au cours de la période du Jurassique moyen , le golfe du Mexique était une mer peu profonde qui s'asséchait, produisant une épaisse couche de sel et de minéraux dérivés de l'eau de mer jusqu'à 8 km d'épaisseur. Lorsque le golfe s'est rempli d'eau, la couche de sel a été préservée de la dissolution par les sédiments s'accumulant sur le sel. Les couches de sédimentation ultérieures sont devenues si lourdes qu'elles ont commencé à se déformer et à déplacer la couche de sel plus malléable en dessous. À certains endroits, la couche de sel fait maintenant saillie au niveau ou à proximité du fond marin où elle peut interagir avec l'eau de mer. Lorsque l'eau de mer entre en contact avec le sel, les dépôts se dissolvent et forment des saumures. L'emplacement de ces dépôts de sel de surface de l'ère jurassique est également associé à des rejets de méthane qui confèrent aux piscines de saumure océanique profondes leurs caractéristiques chimiques.
  3. Chauffage géothermique
    • Aux centres de propagation tectoniques océaniques de la Terre, les plaques se séparent, permettant à un nouveau magma de s'élever et de se refroidir. Ce processus est impliqué dans la création de nouveaux fonds marins. Ces dorsales médio-océaniques permettent à l'eau de mer de s'infiltrer vers le bas dans des fractures où elles entrent en contact avec et dissolvent les minéraux. En mer Rouge par exemple, les eaux profondes de la mer Rouge (RSDW) s'infiltrent dans les fissures créées à la limite tectonique. L'eau dissout les sels des dépôts créés à l' époque du Miocène, tout comme les dépôts de la période jurassique dans le golfe du Mexique. La saumure résultante est ensuite surchauffée dans la zone active hydrothermale au-dessus de la chambre magmatique. La saumure chauffée monte jusqu'au fond marin où elle se refroidit et se dépose dans des dépressions sous forme de bassins de saumure. L'emplacement de ces bassins est également associé au méthane, au sulfure d'hydrogène et à d'autres rejets chimiques ouvrant la voie à une activité chimiosynthétique .

Accompagnement de la vie

En raison des méthodes de leur formation et du manque de mélange, les piscines de saumure sont anoxiques et mortelles pour la plupart des organismes. Lorsqu'un organisme pénètre dans un bassin de saumure, il tente de "respirer" l'environnement et subit une hypoxie cérébrale due au manque d'oxygène et au choc toxique de l'hyper-salinité. Si les organismes ne peuvent pas faire surface assez longtemps pour se retirer vers le bord, ils meurent rapidement. Lorsqu'elles sont observées par des sous-marins ou des véhicules télécommandés (ROV) , les mares de saumure sont étrangement jonchées de poissons morts, de crabes, d' amphipodes et de divers organismes qui se sont aventurés trop loin dans la saumure. Les organismes morts sont ensuite conservés dans la saumure pendant des années sans pourrir en raison de la nature anoxique de la piscine empêchant la pourriture et créant un "cimetière" de poissons.

Malgré les conditions difficiles, la vie sous forme de macrofaune comme les bivalves peut être trouvée dans une zone mince le long du bord d'un bassin de saumure. Un nouveau genre et une nouvelle espèce de bivalves, connus sous le nom d' Apachecorbula muriatica , ont été découverts le long du bassin de saumure "Valdiva Deep" dans la mer Rouge . Des cas de mares de saumure de macrofaune ont également été enregistrés à l'interface avec l'eau de mer. Des cheminées de soufre inactives ont été trouvées avec des épifaunes affiliées telles que des polychètes et des hydroïdes . Dans la faune comme les gastéropodes , les polychètes capitellidés et les escargots supérieurs ont également été associés aux mares de saumure de la mer Rouge. Ces espèces se nourrissent généralement de symbiotes microbiens ou de films bactériens et détritiques.

Alors que les organismes peuvent généralement prospérer à la périphérie d'un bassin de saumure, ils ne sont pas toujours à l'abri des dommages ici. Une raison possible à cela est que les glissements de terrain sous - marins peuvent avoir un impact sur les bassins de saumure et provoquer le déversement de vagues de saumure hypersaline dans les bassins environnants, affectant ainsi négativement les communautés biologiques qui y vivent.

Malgré leur nature inhospitalière, les piscines de saumure peuvent également fournir un foyer, permettant aux organismes de prospérer. Les bassins de saumure en eau profonde coïncident souvent avec l' activité d' infiltration froide permettant à la vie chimiosynthétique de prospérer. Le méthane et le sulfure d'hydrogène libérés par le suintement sont traités par des bactéries , qui ont une relation symbiotique avec des organismes tels que les moules de suintement. Les moules suintantes créent deux zones distinctes. La zone intérieure, située au bord du bassin, offre les meilleures conditions physiologiques et permet une croissance maximale. La zone extérieure est près de la transition entre le lit de moules et le fond marin environnant, et cette zone offre les pires conditions, ce qui fait que ces moules ont des tailles et des densités maximales plus faibles. Cet écosystème dépend de l'énergie chimique et, par rapport à presque toutes les autres formes de vie sur Terre, ne dépend pas de l'énergie du Soleil .

Une partie importante de l'étude des environnements extrêmes tels que les bassins de saumure est la fonction et la survie des microbes . Les microbes aident à soutenir la communauté biologique plus large autour d'environnements tels que les bassins de saumure et sont essentiels pour comprendre la survie d'autres extrêmophiles . Les biofilms contribuent à la création de microbes et sont considérés comme la base par laquelle d'autres micro-organismes peuvent survivre dans des environnements extrêmes. La recherche sur la croissance et la fonction des biofilms extrêmophiles artificiels a été lente en raison de la difficulté à recréer les environnements extrêmes en eaux profondes dans lesquels ils se trouvent.

Exemples

Utilisations futures

Une idée majeure consiste à exploiter la salinité des bassins de saumure pour l'utiliser comme source d'énergie. Cela se ferait à l'aide d'un moteur osmotique qui aspire l'eau de surface à haute salinité à travers le moteur et la pousse vers le bas en raison de la pression osmotique . Cela aurait pour effet d'éloigner le courant saumâtre (qui est moins dense et d'une salinité plus légère) du moteur par flottabilité. L'énergie créée par cet échange peut être exploitée à l'aide d'une turbine pour créer une puissance de sortie.

Il est possible d'étudier la saumure liquide afin d'exploiter sa conductivité électrique pour étudier si de l'eau liquide est présente sur Mars . Un instrument HABIT (Habitability: Saumures, Irradiation et Température) fera partie d'une campagne 2020 pour surveiller les conditions changeantes sur Mars. Ce dispositif comprendra une expérience BOTTLE (Brine Observation Transition to Liquid Experiment) pour quantifier la formation de saumure liquide transitoire ainsi que pour observer sa stabilité dans le temps dans des conditions de non-équilibre.

Une troisième idée consiste à utiliser des micro-organismes dans des piscines d'eau salée pour former des médicaments naturels. Ces micro-organismes sont d'importantes sources de molécules bioactives contre diverses maladies en raison de l'environnement extrême dans lequel ils vivent, offrant un potentiel à un nombre croissant de médicaments dans les essais cliniques. En particulier, une nouvelle découverte dans une étude a utilisé des micro-organismes des bassins de saumure de la mer Rouge comme médicaments anticancéreux potentiels.

Les bassins de saumure profonde ont également suscité un grand intérêt pour la bioprospection dans l'espoir que des environnements improbables pourraient servir de sources de percées biomédicales en raison d'une biodiversité inexplorée. Certaines zones se sont avérées héberger des activités antibactériennes et anticancéreuses dans des grappes biosynthétiques. D'autres enzymes de résistance aux antibiotiques nouvelles ont été trouvées qui sont utiles dans diverses applications biomédicales et industrielles.

Les références

Lectures complémentaires