CONTINENTS ET LES 0CÉ;ANS

Avant d’étudier quels sont les éléments chimiques de l’atmosphère

qui

proviennent

de

la mer,

il

importe d’examiner les échanges chimiques

qui

se produisent en une année entre la m e r et les continents.

On ne

pos- sède au sujet

de

ces échanges que des indices indirects fondés principalement sur la quantité approximative de substances chimiques déversée en une année par les cours d’eau et sur le principe

de

l’équilibre géochimi- que des océans. Les sels qui se trouvent dans les océans se sont probablement accumulés peu

à

peu a u cours des ères géologiques, mais la quantité

de

certains éléments que déversent en une seule année les cours d’eau est si grande qu’elle ne peut représenter le véritable taux d’accumulation.

Une

partie

de

ces corps doit donc reve-

nir vers la terre. Parmi ces corps, appelés sels cycli- ques », on étudiera

CI

et

S.

On

a vu que Conway

[14]

a le premier entrepris l’étude de l’équilibre salin

de

l’eau de mer, en se fondant sur- tout sur les observations de Clarke

[13].

Depuis, d’autres évaluations de l’importance totale de l’altération météo- rique

[59]

ont

été

effectuées, mais les écarts manifeste- ment négligeables entre les différents chiffres n e modi- fient pas nos conclusions. Les calculs donnés ici n e sont

que

provisoires, mais ils fourniront une indication

géné-

rale de la quantité de chlorure et de soufre apportée sur les continents.

P R O D U C T I O N V O L C A N I Q U E

L e chlore existant sous forme de composés naturels se trouve dans la mer en majeure partie;

il

ne provient presque jamais

de

roches ignées.

Il

en est de m ê m e

à

cet égard

du

soufre. L e chlore et le soufre appartiennent apparemment au groupe d’éléments que Rubey

[59]

a appelés ((corps volatils en excédent », indiquant ainsi

que

leur origine, c o m m e celle de l’eau, est essentiellement volcanique. D’après les théories de la chimie physique moderne sur l’évolution de la terre

[66],

ces corps volatils se sont répandus peu

à

peu dans l’atmosphère, où ils sont restés en majeure partie durant toutes les ères géologi- ques.

En

se fondant sur cette conception de l’évolution, on peut évaluer la quantité moyenne annuelle de chlore et de soufre

à

l’état naissant dégagée par les volcans.

Producfion volcanigue annuelle focale

CI =

1010 kg

CI =

3

x

IO9 kg

S =

7,3

x

10’ kg

Producfion volcanique annuelle au-dessus des terres

S =

2,2

x

10’ kg

En

supposant

que

ces dernières quantités sont précipi- tées sur les

1’5 x 1010

hectares, on obtient les quantités annuelles suivantes :

Production volcanique par hectare et par an

C1

=

0,2

S =

0,015

Le

chiffre de

1010 kg

pour la production totale n e semble pas exagéré.

On

a calculé

[16]

que la production volcani- que de chlore dans la vallée des Dix-Mille-Fumées repré- sente

13 %

de cette quantité.

P R O D U I T S D E L ’ A L T É R A T I O N M É T É O R I Q U E D E R O C H E S I G N É E S ET S É D I M E N T A I R E S

L a teneur en soufre et en chlore des roches est indiquée au tableau

II.

Ces chiffres sont empruntés

à

Clarke

[13]

pour le soufre et

à

Behne

[8]

pour le chlore.

TABLEAU

II.

Roches Chlore Soufre

% %

Ignées

. . .

. .

. . .

0,015 0,05 Sédimentaires

. . . . .

.

.

0,015 0,20

171

Climatologie. compte rendu de recherches

Ces chiffres représentent des moyennes pondérées en fonction de la quantité totale des deux espèces de roches.

D’après Conway

[l4],

le rapport entre l’altération météorique des roches ignées et celle des roches sédi- mentaires est de

25 à 100.

L a quantité moyenne annuelle d e solides entraînés par les eaux de ruissellement étant de

273 kg

par hectare et par an, la quantité de roches ignées altérées doit être de

55 kg

par hectare et par an, et celle des roches sédimentaires de

218 kg

par hectare et par an (compte non tenu des sels cycliques et autres apports extérieurs qu’il faut, évidemment, déduire).

L’apport des roches est donc donné par les équations suivantes :

Chlore

Soufre ,

‘yo5 55 + ‘7” 218

=

0,44 kg/hallanl

100 100

P R O D U C T I O N D U E A L’ACTIVITÉ H U M A I N E (pollution)

Conway

[14]

estime

à 0,9 x 1010

k g par an la production totale de sels due à l’activité humaine. C e chiffre semble trop faible lorsqu’on l’évalue, en fonction de la produc- tion industrielle totale de NaCl

(35 x 10,

tonnes par an),

à

environ

2 x 106

tonnes par an, ce

qui

représente

2,3 x 1010 kg

de chlore par an environ, c’est-à-dire bien plus que le chiffre de Conway. L a production totale de soufre est actuellement, par an, d’environ

10 x 106

ton- nes, soit

1010 kg

par an. Naturellement, ces quantités n e se retrouvent pas dans l’atmosphère.

L a combustion de carbone fossile produit également chlore et soufre. L a production annuelle de charbon est actuellement de

1,2 x 109

tonnes environ. L a teneur en chlore

du

charbon est faible

(0,15

environ), comparable

à

celle des roches sédimentaires. Sa teneur e n soufre est I~eaticoup plus forte, allant jusqu’à

2 % ^;

^{on peu?. la fixer}

en moyenne

à 1 %,

selon l’estimation

du

Eeaver C o m - mittee for British Coal

[4].

En

se fondant sur ces données, on obtient les chiffres suivants : chlore par combustion,

0,018 x 101o kg ;

sou- fre par combustion,

1,2 x

1010

kg.

En

supposant que

50 y .

^{au moins}

du

chlore et

du

sou- fre dégagés par combustion sont précipités sur la mer, et que le reste est précipité sur les régions drainées de la périphhrie des continents (1010 ha) l’apport moyen par hectare et par a n atteint :

Chlore par production de sel,

2,3 kg

par h a eL par an.

Chlore par combustion,

0,Ol kg

par h a et par an.

Soufre par production de sel,

1,0 kg

par h a et par an.

Soufre par combustion,

0,6

k g par ha et par an.

C H L O R E E T S O U F R E N O N C Y C L I Q U E S D A N S L E S E A U X F L U V I A L E S

L e tableau

III

indique la quantité de chlore et de soufre

qui

doit être charriée hors des terres par les eaux

flu-

viales.

TABLEAU III.

Chlore Soufre kglha kdha Activité humaine

Production

. . . .

2,3 130 Combustion

. . . . . . . 0,Ol

0,6 Altération météorique des roches

.

.

.

0,04 0,44 Production volcanique (chlore et soufre à

l’état naissant)

. . . .

.

.

0,2 0,02 Totalestimé

.

.

. . . .

2,6 291

Q U A N T I T É D E C H L O R E ET D E S O U F R E C H A R R I É E P A R L E S C O U R S D’EAU

D’après les observations de Clarke

[13],

la quantité annuelle de chlore et de soufre charriée vers la mer est de

15,5 x 1010

et de

11,l x 1010 kg

respectivement, soit

15,5

et

11,l kg

par hectare respectivement.

S E L S CYCLIQUES

En

faisant la différence entre les résultats des calculs et ceux des obseiwxtions concernant la teneur en chlore et en soufre des eaux fluviales on peut évaluer la quantité de sels cycliques c o m m e indiqué a u tableau

IV.

TABLEAU IV.

Chlore Soufre kg/ha kg/ha Observations

. . . . . 15,5

11,1 -2,l Calculs

. . . . .

. .

.

-2,6

Sels cycliques .

.

. .

.

.

.

12,Y y,o

__

-

Cette méthode n’est pas tout à fait celle qu’emploie Conway. L e chiffre auquel

il

évalue la quantité de chlore due à l’altération météorique des roches sédimentaires est plus élevé

de 1,5 Bg

parce qu’il compte parmi les sels des roches sédimentaires une quantité de sel g e m m e représentant

2 %

de la teneur en sels des océans.

En

revanche, son évaluation de la quantité de chlore due

à

la production humaine est sensiblement inférieure. L e chiffre de

0,015 %

auquel Behne

[8]

(voir Goldschmidt

[31])

évalue la teneur e n chlore des roches sédimentaires est calculée en tenant compte du sel g e m m e dont l’im- portance lui paraît négligeable. Conway n’indique pas quel procédé

il a

employé pour évaluer la quanlité de,

Le climat chimique et les sols salins dans la zone aride surface de la terre subit toujours, au cours de ces inter- valles, de iégers ébranlements qui, probablement, relient par intermittence la région en question avec la mer, de sorte que les sels accumulés seraient balayés. Ainsi, les invasions marines joueraient un rôle entièrement inverse de leur rôle habituel, c’est-à-dire qu’au lieu de déposer des sels, la mer lessiverait les sels marins provenant de l’atmosphère. Cet exemple démontre I’importance géo- chimique des sels marins transportés par l’atmosphère, qu’il ne faut donc pas négliger.

Il

reste un certain nombre d‘autres points intéressants

à

examiner.

L’un

d’eux concerne le ((soufre cyclique ))

qui, selon certains calculs, représente problabement

10 kg

environ par hectare et par an (voir

fig. 3).

Reste

à

savoir comment

il

est transporté de la m e r dans I’at- mosphère.

Le

rapport soufre-chlore dans l’eau de m e r n’étant que

de 0,0465

et le chlore provenant sans doute exclusivement de l’écume, on s’attendrait

à

trouver beaucoup moins de soufre cyclique, peut-être

0,0465 x

12,6 = 0’6 kg

seulement par hectare et par an. Conway

[14]

a été le premier

à

signaler cet écart et à émettre une hypothèse qui mérite de retenir l’attention.

Il

fait obser- ver que les seuils continentaux et les vastes étendues de la pente, qu’il évalue

à 16 y .

de la superficie totale de l’océan, sont recouverts d’une ⁽⁽boue bleue », sédi- ment de couleur foncée riche en matières organiques.

En

raison de la présence de matières organiques en décomposition ces sédiments manquent d‘oxygène.

En

conséquence, l’oxydation des substances organiques s’effectue au prix d‘une réduction des sulfates,

qui

pro- duit de l’hydrogène sulfuré; ce dernier se dégage des sédiments et pourrait, selon Conway, lorsque les eaux n e sont pas trop profondes, atteindre la surface avant de s’oxyder et s’échapper dans l’atmosphère. Mais Conway se demande comment s’opère cette diffusion, car la diffusion moléculaire est assez lente. Si, toutefois, on envisage la diffusion turbulente, celle-ci peut accélé- rer la vitesse de transport vers la surface,

qui

dépend dans une large mesure des courants de marée et de la stabilité

de

la masse d’eau.

On

peut démontrer que lors- que la diffusivité tourbillonnaire est d’un centimètre carré

à

la seconde seulement,

il

ne sera pas nécessaire, étant donné un transport constant, que la différence de concentration excède

20

pg par litre

à

travers une pro- fondeur

de 100

m pour produire toute la quantité voulue. Cette évaluation vaut pour la superficie

du

plateau continental

qui

représente

8 y .

environ de la superficie totale des océans.

Malheureusement on ne connaît pas la teneur en

H,S

des eaux superficielles, probablement parce que les méthodes habituelles d’analyse ne permettent pas de la déterminer.

En

supposant m ê m e qu’une grande partie de cet hydrogène sulfuré s’oxyde avant d’atteindre la surface,

il

suffit, pour expliquer la présence

du

soufre, qu’il en reste une faible quantité,

bien

inférieure à celle qui peut être décelée par l’odorat.

On

peut donc consi- dérer que la mer est une des principales sources de gaz

à

base

de

soufre, c o m m e le montrent d’ailleurs les ana- sel gemme. D e u x pour cent de la teneur en sels des océans

représentent une quantité considérable; pour l’obtenir,

il

faudrait faire évaporer une masse d’eau égale

à

sept fois la Méditerranée et la mer Noire réunies. Ce sel couvrirait la surface de la terre d’une croûte d‘un mètre d’épaisseur; si on l’étendait seulement sur les continents l’épaisseur

de

cette croûte serait

de

plus de trois mètres.

U n e telle estimation semhle exagérée mais, m ê m e si l’on en tenait compte, elle n e modifierait pas sensiblement le total de sels cycliques

indiqué

plus haut.

OBSERVATIONS GÉNÉRALES

L e taux de

12,6

par

kg

et par an pour le chlorure cyclique représente la quantité nette transportée

à

partir de la mer, par l’atmosphere et les précipitations, vers les régions continentales qui elles-mêmes sont drainées vers la mer.

On

a

dit

déjà (voir fig.

2)

que la quantité annuelle

de

chlore précipité dans les régions de l’intérieur est d’environ

10 kg

par hectare et par an. Ces

deux

évalua- tions concordent très étroitement. Conway

[14]

dans une étude analogue de la circulation des chlorures évalue

de

faqon ingénieuse la teneur en chlorures de l’atmo- sphère des continents, en se servant d’observations effectuées sur des eaux de

pluie

non polluées en Nouvelle- Angleterre (voir Jackson

[36]). A

partir de la distribution de la teneur en chlore de l’air au-dessus des terres,

il

cal- cule la quantité

de

chlore transportée vers les continents par unité de longueur de

ligne

côtière.

En

multipliant ce chiffre par la longueur approximative de l’ensemble des côtes,

il

obtient le chiffre de

6,9 kg

par hectare et par an.

Mais cette évaluation est évidemment trop faible, car elle ne vaut

que

pour une côte orientale située

à

une latitude où domine le vent d’ouest.

On

a déjà v u

[22]

que la distribution

à

l’intérieur des terres sur la côte occi- dentale de l’Europe laisse penser que la quantité de sels transportée vers l’intérieur est beaucoup plus élevée.

C o m m e

il

a

été dit

plus haut, les deux tiers seulement des régions continentales sont drainées vers la mer.

L e tiers restant se compose de dépressions ⁽⁽closes ⁾⁾ou de déserts où

il n’y

a pas

de

ruissellement.

Il

doit

y

avoir dans ces régions une accumulation de chlorures, dont la majeure partie provient

de

la m e r et est trans- portée par l’atmosphère. Cette accumulation a sans doute une importance géologique si les dépressions n’ont pas subi

de

changements pendant assez longtemps.

En

effet, supposons que la quantité annuelle

de

chlorure précipité dans ces dépressions soit seulement de

1 kg

par bectare et par an, ce

Su;

est probablement en dessous de la réalité. C o m m e

il

s’agit d’une superficie de

0,5 x

1010

hectares, la quantité annuelle de chlorures accu-

mulée

serait

de 0,5

par

1010 kg. Si

la région en question n’a subi aucun bouleversement géologique pendant

200 millions

d’années

-

intervalle

qui

sépare

deux

grandes périodes orogéniques

-

la quantité totale

de

chlorures accumulée serait

de 101* kg,

soit

4 y .

environ de tous les chlorures contenus dans la mer.

En

fait, la

173

Climatologie, compte rendu de recherches

lyses d’eau de pluie

qui

ont été effectuées en Scandinavie.

On

a constaté que le

pH

de cette eau est très faible

[617

ce

qui

s’expliyuc sans doute par la présence de

SO,

ou de

SO, i

l’état gazeux.

On

a noté également que l’eau de pluie recueillie près des côtes d‘Hawaii, face a u vent, a un p H très faible, ce

qui

peut s’expliquer par le fait que le rapport soufre-sodium

y

est plus élevé que dans l’eau de mer. Cet excédent de soufre a

été

constaté en d’autres points par Gray

[32]

d’abord, dans l’eau de pluie recueil- lie sur une péninsule de la Nouvelle-Zélande, puis par Boss

[SI.,

dans de l’eau provenant

du

brouillard, recueillie sur la côte qui borde le désert

du

Namib en Afrique

du

Sud-Ouest, où le brouillard n e peut avoir d’autre origine que la mer. D’autres encore (voir Goldschmidt [31]) ont observé qu’à WoIvis Bay, non loin

du

point où Boss a recueilli ses observations, leo sédiments des fonds sous- marins dégagent beaucoup de

H,S,

qui remonte périodi- quement vers les eaux superficielles en telle quantité qu’il est très nuisible

à

la flore et

à

la faune marines.

L e processus.imaginé par Conway mérite donc une étude

plus

poussée.

LA

M E R ,

GÉNÉRATRICE D E CHLORE

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