En cartographiant la chaleur s'échappant sous la calotte glaciaire du Groenland, un scientifique de la NASA a affiné notre compréhension de la dynamique qui domine et façonne les planètes terrestres.

Dr Yasmina M. Martos, un scientifique planétaire au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, champ magnétique miné accessible au public, la gravité et d'autres informations géologiques pour obtenir des indices sur la quantité et la répartition de la chaleur sous la partie du continent nord-américain qu'est le Groenland.

Sa carte thermique résultante a exposé une piste thermique sous le Groenland qui enregistre le mouvement d'un continent à travers l'histoire de la Terre.

On pense que le Groenland s'est lentement déplacé sur un panache du manteau, une source de grande chaleur, qui a laissé une cicatrice diagonale de chaud, roche dense sous la surface alors que la plaque tectonique se déplaçait. Le Groenland s'est déplacé d'une latitude plus méridionale vers l'Arctique sur 100 millions d'années, une période où le supercontinent Pangée se brisait dans les continents à la dérive d'aujourd'hui. Finalement, on pense que le panache a formé l'Islande au-dessus de la surface de l'océan à travers d'innombrables éruptions volcaniques - une trace visible de l'existence du panache, contrairement à la cicatrice cachée du Groenland.

"Je ne pense pas qu'il y ait un autre endroit sur Terre où une histoire de panache a été enregistrée par un morceau de continent qui n'en a pas été affecté à la surface, " dit Martos. " Mais c'est là, afin que nous puissions utiliser la chaleur thermique pour comprendre l'histoire de la région."

Le suivi de la géodynamique des planètes aide les scientifiques à comprendre leur évolution. Mais plus immédiatement, les informations sur la chaleur alimentent les modèles de changement du niveau de la mer sur Terre en aidant les scientifiques à prédire le comportement de la glace. Ceci est particulièrement important pour la surface de terrain qui, dans le cas du Groenland, est enfoui sous des kilomètres de glace et est donc difficile d'accès. Plus de 80 pour cent du Groenland est recouvert de glace.

Où il y a de la chaleur, il pourrait y avoir un panache

Dans un 1 août Lettres de recherche géophysique papier, Martos et son équipe ont cartographié le flux de chaleur géothermique, ou taux de dégagement de chaleur, au Groenland. leurs modèles, étonnamment, a montré des variations régionales, plus un chemin de chaleur le long d'une route particulière du nord-ouest au sud-est de l'île.

"Nous nous attendrions à ce que le Groenland ait un signal plus uniforme de flux de chaleur géothermique à l'intérieur, mais ce n'est pas le cas, " dit Martos, l'auteur principal de l'article.

D'autres auteurs incluent Tom A. Jordan et David G. Vaughan du British Antarctic Survey; Manuel Catalán de l'Institut royal et observatoire de la marine espagnole; Thomas M. Jordan de l'Université de Stanford et de l'Université de Bristol, et Jonathan L. Bamber, également de l'Université de Bristol.

L'équipe suggère que la cicatrice a été créée comme plaque tectonique, qui comprend le Groenland, déplacé à travers les millénaires sur un panache mantellique actif sous la lithosphère. La lithosphère est la couche externe de la Terre; il comprend la croûte et la partie supérieure du manteau. Ce panache est un canal de roche chaude qui commence à des centaines de kilomètres sous la surface. Il s'élève à travers le manteau et atteint le fond de la lithosphère. La chaleur est alors transportée à travers la lithosphère et modifie sa composition chimique, qui épaissit la croûte.

Parce que la région nord-ouest du Groenland s'est éloignée du panache plus tôt, il apparaît dans les modèles de Martos qu'elle est nettement plus froide que le sud-est. Bien que la région sud se refroidisse lentement.

"Ce qui est bien, c'est que la chaleur y est enregistrée maintenant, mais probablement dans cent millions d'années on ne verra plus ça, " dit Martos.

Un panache similaire a formé les îles Hawaï et alimente actuellement les éruptions du volcan K?lauea. La chaîne hawaïenne d'îles et de monts sous-marins qui ont été créés lorsque la plaque du Pacifique s'est déplacée au-dessus du panache au milieu de l'océan Pacifique est une représentation visible du type de cicatrice que Martos a trouvé sous le Groenland.

La chaleur sous la surface de la Terre

Les panaches sont l'un des nombreux phénomènes géothermiques de transport de chaleur sur Terre; leur nombre est incertain, mais les scientifiques pensent qu'il pourrait y en avoir jusqu'à 20. Sinon, la planète intérieure est chauffée uniformément par les éléments radioactifs en décomposition dans les couches supérieures de la Terre. Il y a aussi la chaleur primordiale laissée par la formation de notre planète il y a 4,5 milliards d'années, et des météorites qui l'ont matraqué. L'équipe a considéré ces sources de chaleur, Martos a dit, mais a exclu leur rôle dans la production de la cicatrice car ils auraient formé un modèle de chaleur uniforme à travers le Groenland.

Un autre facteur qui peut augmenter la chaleur dans un endroit spécifique est l'activité tectonique. Cette activité comprend le rifting ou la rupture des plaques continentales, ce qui crée un espace pour que le manteau plus chaud bouillonne à la surface et les éruptions volcaniques. Mais ces phénomènes ne correspondaient pas non plus aux conclusions de l'équipe, dit Martos, étant donné que le Groenland est un craton, ou un ancien morceau de continent sans aucun événement tectonique majeur enregistré là-bas.

Mesurer la chaleur sans toucher la surface

Parce que le Groenland est recouvert d'une calotte glaciaire d'une épaisseur allant jusqu'à 1,8 miles (3 kilomètres) au centre, obtenir des échantillons physiques du sol sous la glace est presque aussi difficile que de les obtenir de la Lune. Les données de télédétection offrent pratiquement la seule fenêtre sur la dynamique du sous-sol du Groenland.

L'équipe de Martos a décidé d'examiner les informations de champ magnétique recueillies par les magnétomètres, instruments pilotés par des avions qui mesurent la force du champ magnétique de la Terre. Les données ont révélé des anomalies dans le magnétisme des roches sous le Groenland.

Le magnétisme est lié à la température, ainsi les roches chauffées à certaines températures perdent leur magnétisme. Cela se produit généralement au plus profond de la Terre. Parce que la magnétite est le minéral magnétique le plus abondant dans la partie inférieure de la croûte, les chercheurs ont étudié ce minéral exclusivement. La magnétite perd ses propriétés ferromagnétiques, ou le magnétisme, lorsqu'il est chauffé à 1, 076 degrés Fahrenheit (580 degrés Celsius), un point connu sous le nom de température de Curie. La prise en compte de l'effet de cette température sur la magnétite a permis à l'équipe de trouver la base du magnétisme dans la croûte du Groenland. De là, ils ont observé les variations de profondeur de l'emplacement de la température de Curie pour la magnétite afin de cartographier la chaleur libérée dans toute l'île.

Le long du chemin du panache, l'équipe a découvert que la température de Curie se produisait plus près de la surface. Cela a fourni la preuve que le panache avait chauffé le fond de la lithosphère, et que la chaleur était toujours là.

L'équipe a également utilisé des données gravimétriques pour modéliser les caractéristiques de la lithosphère et confirmer l'effet du panache sur l'épaisseur de la croûte.

Dans la partie centrale de l'île, l'équipe a estimé les valeurs de flux de chaleur géothermique autour de 60 à 70 milliwatts par mètre carré, ou jusqu'à 50 pour cent de plus que la chaleur s'échappant des parties de l'île non affectées par le panache. C'est un petit montant; une ampoule de 100 watts, par comparaison, génère trois ordres de grandeur, soit 1, 000 fois—plus de chaleur.

Toujours, dit Martos et ses co-auteurs, la chaleur qu'ils ont trouvée peut faire fondre la glace à la base de la calotte glaciaire du Groenland. Ce ne est pas, cependant, contribuer à la fonte accélérée des glaciers du Groenland. Étant donné que la chaleur géothermique diminue sur des périodes aussi longues – des dizaines de millions d'années – il n'y a probablement eu aucun changement dans le flux de chaleur depuis que la glace s'est complètement formée au Groenland il y a environ 3 millions d'années.

Les outils de modélisation de Martos aideront les scientifiques à mieux comprendre l'effet de la chaleur sous la surface sur des choses comme la fonte ou la rupture à la base des calottes glaciaires et des glaciers sur Terre. Cela les aidera également à étudier des endroits éloignés sur Terre et d'autres corps rocheux de notre système solaire.

Martos a commencé cette recherche alors qu'elle était boursière Marie Curie de l'Union européenne au British Antarctic Survey.