La position de la limite des neiges sur la calotte glaciaire du Groenland s'est avérée jouer un rôle clé dans le rythme auquel la calotte fond. L'image montre de la neige aux teintes vives au-dessus de la limite des neiges et de la glace nue plus foncée en dessous. La glace nue absorbe plus de rayonnement solaire que la neige, et fond donc beaucoup plus rapidement. Crédit :NASA
Dans une découverte qui pourrait aider les scientifiques à mieux prédire l'élévation du niveau de la mer dans un monde en réchauffement, Des chercheurs de l'Université Brown ont découvert un facteur sous-estimé qui contrôle la vitesse à laquelle la calotte glaciaire du Groenland fond.
La recherche, publié dans la revue Avancées scientifiques , utilisé l'imagerie satellite pour suivre le mouvement de la ligne de neige de la calotte glaciaire - l'altitude au-dessus de laquelle la surface est couverte de neige, et au-dessous duquel la glace nue est exposée. L'étude a montré que l'altitude de la limite des neiges variait considérablement d'une année à l'autre, et que sa variation exerçait une influence démesurée sur la quantité de rayonnement solaire absorbée par la calotte glaciaire. Les changements d'altitude de la limite des neiges d'une année à l'autre expliquaient plus de la moitié de la variabilité annuelle du rayonnement sur la calotte glaciaire, l'étude a trouvé.
Finalement, la quantité de rayonnement absorbée par la calotte glaciaire détermine la mesure dans laquelle elle fond.
"Les gens qui étudient les glaciers alpins ont reconnu l'importance des lignes de neige depuis des années, mais personne ne les avait explicitement étudiés au Groenland auparavant, " a déclaré Laurence C. Smith, chercheur invité à l'Institute at Brown pour l'environnement et la société (IBES) et co-auteur de l'étude. "Cette étude montre pour la première fois que cette simple séparation entre la glace nue et la neige est plus importante en matière de fonte que toute une série d'autres processus qui reçoivent plus d'attention."
Les résultats ont des implications importantes pour prédire l'élévation future du niveau de la mer, disent les chercheurs. L'eau de fonte de la calotte glaciaire du Groenland contribue grandement au niveau mondial de la mer, et cette étude montre que les modèles climatiques régionaux utilisés pour prédire le ruissellement futur prédisent souvent les limites des neiges de manière inexacte.
« Nous avons constaté que les modèles ne reproduisaient pas très bien les lignes de neige, ce qui ajoute une incertitude aux projections futures, " a déclaré Jonathan C. Ryan, chercheur postdoctoral à Brown et auteur principal de l'étude. « Mais maintenant que nous avons montré à quel point l'effet de la limite des neiges est important, et avoir des observations directes des positions de la limite des neiges, j'espère que nous pourrons améliorer ces modèles à l'avenir."
Les images satellites ont révélé un mouvement substantiel de la limite des neiges sur la calotte glaciaire du Groenland d'une saison à l'autre et d'une année à l'autre. Ce mouvement est un élément clé qui contrôle le rythme de la fonte de la calotte glaciaire. Crédit :NASA
La raison pour laquelle la limite des neiges est si importante est liée à la différence de réflectivité entre la couverture neigeuse et la glace nue. La neige est extrêmement lumineuse et renvoie dans l'atmosphère la part du lion de la lumière solaire qu'elle reçoit. La glace nue est beaucoup plus sombre, et réfléchit donc moins de rayonnement. Au lieu, plus de rayonnement est absorbé, qui chauffe la glace et conduit à la fonte. Ces processus sont bien compris par les scientifiques depuis des années. Ce qui n'était pas connu, c'est dans quelle mesure ils jouent sur la calotte glaciaire du Groenland, et dans quelle mesure la migration de la limite des neiges pourrait réguler la fonte d'année en année.
Ryan dit qu'il a d'abord eu une idée de l'importance du mouvement de la ligne de neige lors d'un travail sur le terrain sur la calotte glaciaire. Lui et ses collègues essayaient d'enregistrer les positions de la limite des neiges avec des drones aériens. Chaque jour, ils ont fait voler leurs drones à l'intérieur des terres à travers la glace nue. Quand ils ont atteint la limite des neiges, ils ont enregistré la position, ont retourné leurs drones et ont volé en arrière. À un moment donné de la saison sur le terrain, ils ont dû arrêter de voler pendant quelques jours à cause des vents violents. Quand ils ont repris l'avion, ils ont trouvé quelque chose de surprenant.
« Soudain, la limite des neiges avait disparu, " Ryan a déclaré. "En quelques jours, il s'était déplacé d'environ 30 kilomètres sur la calotte glaciaire et était maintenant hors de portée de nos drones. C'était le premier moment où nous avons pensé que nous devions étudier les effets du mouvement de la limite des neiges sur la fonte."
Pour l'étude, Ryan et ses collègues ont utilisé des images de l'instrument MODIS, un spectroradiomètre imageur qui vole à bord du satellite Terra de la NASA. Ils ont pu obtenir une série chronologique des positions de la limite des neiges de 2001 à 2017. Ils ont également pu mesurer la réflectivité de la couverture neigeuse et de la glace nue.
Les images ont confirmé un mouvement substantiel de la limite des neiges d'une saison à l'autre et d'une année à l'autre, atteignant une altitude maximale en 2012, une année record pour la fonte des calottes glaciaires. Il y avait aussi une différence substantielle de réflectivité entre la neige et la glace. La neige a reflété une moyenne d'environ 79 pour cent du rayonnement qui l'a frappée. La glace, pendant ce temps, reflété seulement entre 45 et 57 pour cent. Le mouvement de la ligne de neige combiné aux différences de réflectivité signifie que la position de la ligne de neige joue un rôle dominant dans le contrôle de l'absorption d'énergie de la calotte glaciaire. En tout, 53 pour cent de la variabilité du rayonnement d'une année à l'autre peuvent s'expliquer par la position de la limite des neiges, les chercheurs ont trouvé.
Ce chiffre de 53% éclipse les autres facteurs étudiés par les chercheurs. Par exemple, les chercheurs pensaient que les processus qui rendent la glace nue déjà sombre plus sombre au fil du temps joueraient un rôle important dans le contrôle de l'absorption d'énergie. Eau de piscine, les couches de saleté et la croissance des algues peuvent assombrir la glace nue, le rendant encore moins réfléchissant. L'étude a révélé que ces facteurs faisaient une différence dans l'absorption d'énergie, tout simplement pas autant que les recherches précédentes l'avaient supposé. Il s'est avéré que la position de la limite des neiges avait une influence cinq fois plus forte sur l'absorption d'énergie que l'obscurcissement de la glace nue elle-même.
Des plaques de neige et de glace nue près du bord de la limite des neiges illustrent la différence de réflectivité entre les deux surfaces. Crédit :Clément Miège
"C'est une surprise car il y a eu beaucoup de travail ces derniers temps sur ces processus d'obscurcissement de la glace, " Smith a dit. " Il s'avère que dans ce cas, il nous manquait l'éléphant dans la chambre, qui est la limite des neiges."
Après avoir établi l'importance de la limite des neiges dans l'absorption d'énergie et, finalement, dans la fonte et le ruissellement, les chercheurs voulaient voir si les modèles climatiques régionaux capturaient correctement l'effet de la limite des neiges. C'est important parce que ces modèles sont utilisés pour prédire le ruissellement futur de la calotte glaciaire du Groenland.
Les chercheurs ont découvert que deux modèles de pointe ne parviennent pas tous deux à capturer avec précision l'altitude de la limite des neiges. Un modèle, connu sous le nom de MAR, plaçait les limites des neiges trop haut et surestimait donc probablement le ruissellement au cours des années de fonte élevée. L'autre modèle, connu sous le nom de RACMO, mettre les limites des neiges trop bas, ce qui signifie qu'il sous-estime probablement le ruissellement futur dans un climat plus chaud.
Étant donné l'importance de la position de la limite des neiges révélée dans cette étude, les chercheurs disent qu'il est important que les modèles obtiennent la bonne limite de neige.
« Nous collaborons maintenant avec les modélistes, leur fournir nos lignes de neige observées, " a déclaré Ryan. " Cela leur donne une certaine vérité sur le terrain qu'ils devraient pouvoir utiliser pour ajuster leurs modèles. Maintenant, il y a quelque chose à viser."
Le résultat de ces améliorations dans la modélisation de la ligne de neige, disent les chercheurs, seraient des prévisions plus précises des contributions futures du Groenland à l'élévation du niveau de la mer.
