Les chercheurs mesurent la topographie d'un lit de glacier exposé au glacier Castleguard dans les montagnes Rocheuses de l'Alberta, Canada. Crédit :Keith Williams, contribué par Christian Helanow.
Les photos de terrain montrent le dur, pays accidenté sur lequel glissent certains glaciers :dômes rocheux et bosses en granit, marches rocheuses et dépressions dans le calcaire. Les lits des glaciers éclipsent les chercheurs et leurs instruments. (Tout comme les hautes montagnes représentées sur les différents horizons.)
Au cours de leurs voyages vers les lits glaciaires récemment exposés par le recul des glaciers dans les Alpes suisses (Rhône, glaciers de Schwarzbourg et de Tsanfleuron) et les Rocheuses canadiennes (glacier Castleguard), quatre glaciologues ont utilisé la technologie laser et drone pour mesurer avec précision les lits rocheux et enregistrer leurs contours très différents.
Les chercheurs ont transformé les mesures en modèles numériques haute résolution de ces lits glaciaires. Ensuite, ils sont allés travailler avec des sous-unités gérables mais représentatives des modèles pour étudier comment les glaciers glissent le long de la base rocheuse.
"La façon la plus simple de le dire est que nous avons étudié la relation entre les forces à la base du glacier et la vitesse à laquelle le glacier se déplace, " a déclaré Neal Iverson, professeur de sciences géologiques et atmosphériques à l'Iowa State University et directeur de l'étude.
Petits changements de force, grands changements de vitesse
La "loi de glissement" des glaciers qui en résulte, développée par l'équipe, décrit cette "relation entre les forces exercées par la glace et l'eau sur le lit et la vitesse du glacier, " a déclaré Iverson. Et cette loi de glissement pourrait être utilisée par d'autres chercheurs pour mieux estimer à quelle vitesse les calottes glaciaires se jettent dans les océans, laisser tomber leur glace et élever le niveau de la mer.
En plus d'Iverson, l'équipe d'étude comprenait Christian Helanow, associé de recherche postdoctoral à l'Iowa State de 2018 à 2020 et actuellement chercheur postdoctoral en mathématiques à l'Université de Stockholm en Suède ; Lucas Zoet, un associé de recherche postdoctoral à l'Iowa State de 2012 à 2015 et actuellement professeur adjoint de géosciences à l'Université du Wisconsin-Madison ; et Jacob Woodard, doctorant en géophysique au Wisconsin.
Une subvention de la National Science Foundation a soutenu le travail de l'équipe.
Helanow est le premier auteur d'un article qui vient d'être publié en ligne par Avancées scientifiques qui décrit la nouvelle loi de glissement pour les glaciers se déplaçant sur le substrat rocheux.
Les calculs de Helanow - basés sur un modèle informatique de la physique de la façon dont la glace glisse et se sépare localement du substratum rocheux rugueux - et la loi de glissement qui en résulte indiquent que de petits changements de force au fond du glacier peuvent entraîner de grands changements dans la vitesse du glacier.
Le lit exposé du glacier de Schwarzburg dans les Alpes suisses. Crédit :Neal Iverson.
Mesurer en pouces
Les chercheurs ont utilisé deux méthodes pour collecter des mesures à haute résolution des topographies des lits de glaciers rocheux récemment exposés. Ils ont utilisé la technologie de cartographie lidar au sol pour prendre des mesures 3D détaillées. Et, ils ont envoyé des drones pour photographier les lits sous différents angles, permettant un tracé détaillé de la topographie à une résolution d'environ 4 pouces.
"Nous avons utilisé de vrais lits glaciaires pour ce modèle, dans leur entièrement 3-D, formes irrégulières, " dit Iverson. " Il s'avère que c'est important. "
Les efforts antérieurs utilisés idéalisés, Modèles 2D de lits glaciaires. Les chercheurs ont appris que de tels modèles ne sont pas adéquats pour dériver la loi de glissement pour un lit dur.
"La principale chose que nous avons faite, " Helanow a dit, "L'usage est-il respecté, plutôt qu'idéalisé, lits des glaciers pour voir comment ils impactent le glissement des glaciers."
Une loi de glissement universelle ?
Les travaux suivent une autre loi de glissement déterminée par Zoet et Iverson qui a été publiée en avril 2020 par la revue Science.
Il existe quelques différences clés entre les deux :la première loi de glissement prend en compte le mouvement de la glace se déplaçant sol déformable, tandis que la seconde traite des glaciers se déplaçant sur des lits durs. (Les deux types de lits sont courants sous les glaciers et les calottes glaciaires.) Et, le premier s'appuie sur les données expérimentales d'un appareil de laboratoire qui simule le glissement au fond d'un glacier, plutôt que de se fonder sur des mesures sur le terrain d'anciens lits glaciaires et sur une modélisation informatique.
Toutefois, les deux lois de glissement ont fini par avoir des formes mathématiques similaires.
"Ils sont très similaires, qu'il s'agisse d'une loi de glissement pour les lits moelleux ou les lits durs, " a déclaré Iverson. " Mais il est important de réaliser que les processus sont différents, les constantes dans les équations ont des valeurs assez différentes pour les lits durs et mous."
Cela fait réfléchir les chercheurs à une analyse plus numérique :« Ces résultats, " ils ont écrit, "peut pointer vers une loi de glissement universelle qui simplifierait et améliorerait les estimations des décharges des glaciers dans les océans."
