Une étude menée par des chercheurs de l'Université de Princeton a révélé qu'à mesure que les lacs d'eau de fonte à la surface de la calotte glaciaire du Groenland (photo) s'écoulent rapidement, ils créent des cloques d'eau entre la glace et le substratum rocheux que les scientifiques pourraient utiliser pour comprendre le réseau hydrologique sous l'épaisse calotte glaciaire intérieure du Groenland. Ces réseaux pourraient affecter la stabilité de la calotte glaciaire à mesure que le climat de la Terre se réchauffe. Crédit :Google Earth
Des "cloques" d'eau piégées sous l'intérieur épais de la calotte glaciaire du Groenland pourraient fournir des informations essentielles sur le réseau hydrologique qui s'étend profondément sous la deuxième plus grande masse de glace de la Terre et sur la façon dont il pourrait être déstabilisé par le changement climatique, selon une nouvelle étude.
Chaque année, des milliers de lacs naturels d'eau de fonte se forment à la surface de l'intérieur à haute altitude de la calotte glaciaire, où la glace peut avoir plus d'un demi-mile d'épaisseur. Au fur et à mesure que ces lacs se vident, ils forment de grandes cavités remplies d'eau entre la glace et le substratum rocheux.
En combinant des observations de terrain avec des modèles mathématiques et des expériences de laboratoire, Des chercheurs dirigés par l'Université de Princeton ont découvert que ces cloques poussent la surface de la glace vers le haut, puis la faire descendre progressivement au fur et à mesure que l'eau pénètre dans le système de drainage sous-glaciaire, selon un article du journal Communication Nature .
L'équipe montre pour la première fois que la montée et la chute de la calotte glaciaire causées par les drainages rapides des lacs peuvent être utilisées pour estimer une propriété connue sous le nom de transmissivité, qui caractérise l'efficacité des réseaux d'eau qui se forment entre la glace et le substratum rocheux. Le drainage du lac présente un nouvel outil pour mesurer la transmissivité sous les régions intérieures de la calotte glaciaire, où la transmissivité est autrement difficile à mesurer, les chercheurs ont rapporté. Ils ont découvert que la transmissivité peut augmenter jusqu'à deux ordres de grandeur pendant la saison de fonte estivale du Groenland.
Les résultats pourraient faire la lumière sur la façon dont le changement climatique affectera le vaste intérieur gelé du Groenland à mesure que la planète se réchauffe et que la fonte en surface augmente, a déclaré le premier auteur Ching-Yao Lai, professeur adjoint de géosciences et de sciences atmosphériques et océaniques à Princeton. L'eau de fonte superficielle peut agir comme lubrifiant, elle a dit, le glacier glisse plus facilement sur le substrat rocheux.
Les recherches existantes ont montré qu'un moyen majeur pour la fonte de la surface d'avoir un impact sur la stabilité de la calotte glaciaire du Groenland est de lubrifier le lit de la calotte glaciaire par l'eau de fonte, dit Laï. La majorité de ces études, cependant, se sont concentrés sur les zones de basse altitude où la calotte glaciaire est plus mince. Des études antérieures ont également suggéré qu'une fonte de surface accrue pourrait accélérer la vitesse de la haute altitude, calotte glaciaire intérieure, mais ces résultats sont basés sur des modèles informatiques, plutôt que des observations, dit Laï.
Des cavités remplies d'eau de fonte poussent la surface de la calotte glaciaire vers le haut (à gauche), puis faites-le baisser progressivement (à droite) au fur et à mesure que l'eau s'infiltre dans le système de drainage sous-glaciaire. Ces montées et descentes peuvent être utilisées pour estimer une propriété du système de drainage sous-glaciaire connue sous le nom de transmissivité. Crédit :Ching-Yao Lai, Département de géosciences
Le papier en Communication Nature fournit un rare, aperçu basé sur l'observation des réseaux d'eau largement inaccessibles sous-jacents à la calotte glaciaire à haute altitude du Groenland. L'étude a été soutenue par le High Meadows Environmental Institute (HMEI) de Princeton et la HMEI Carbon Mitigation Initiative.
"Nous savons qu'à mesure que le climat se réchauffera à l'avenir, la zone de fonte de surface peut s'étendre et migrer vers des altitudes plus élevées que celles actuellement observées. Une grande question qui reste sans réponse, cependant, est de savoir dans quelle mesure la transmissivité peut augmenter davantage à l'intérieur des terres, " dit Lai, qui est un membre du corps professoral associé à HMEI.
"Un impact potentiel est que le lien entre la fonte de surface et le développement du réseau d'eau sous-glaciaire pourrait être activé non seulement à des altitudes inférieures, comme on l'observe actuellement, mais aussi à des altitudes plus élevées, ", a-t-elle déclaré. "Plus d'observations des changements saisonniers de la transmissivité sous-glaciaire en réponse à la fonte de surface seraient nécessaires pour vraiment comprendre ce qui se passerait lorsque la fonte migrerait vers des régions de plus haute altitude."
Les co-auteurs de l'article de Princeton sont Howard Stone, membre du corps professoral associé à HMEI, Donald R. Dixon '69 et Elizabeth W. Dixon de Princeton, professeur de génie mécanique et aérospatial et titulaire de la chaire de génie mécanique et aérospatial, et Danielle Chase, un étudiant diplômé du Complex Fluids Group de Stone.
Les co-auteurs de l'étude comprenaient également Laura Stevens, professeur agrégé des processus climatiques et de surface de la terre à l'Université d'Oxford qui possède une vaste expérience dans l'étude des drainages des lacs et de la dynamique des glaces. Stevens a aidé à collecter les observations sur le terrain au Groenland avec les co-auteurs Mark Behn, professeur agrégé de sciences de la terre et de l'environnement au Boston College, et Sarah Das, chercheur associé à la Woods Hole Oceanographic Institution. Timothy Creyts du Lamont-Doherty Earth Observatory de l'Université Columbia est également co-auteur de l'étude.
Les chercheurs ont utilisé les données GPS et les observations sur le terrain de cinq événements de drainage du lac qui se sont produits entre 2006 et 2012 pour estimer le volume de drainage et observer les déplacements de surface causés par le drainage du lac et la formation de cloques qui s'ensuit.
L'étude a utilisé des observations GPS du soulèvement de la surface causé par les événements de drainage du lac. Dessus, les lacs d'eau de fonte à la surface (à gauche) se vident à travers les fractures de la calotte glaciaire (à droite). L'eau provenant de la fonte de la surface peut agir comme un lubrifiant qui desserre l'adhérence de la calotte glaciaire sur le sol. Crédit :Sentinelle-2
"Nous avons observé dans les données GPS un large éventail de temps de relaxation de soulèvement de la calotte glaciaire à la suite des cinq événements de drainage, " a déclaré Stevens. "Nous avions une idée que cette propagation des temps de relaxation pourrait être indicative de certaines caractéristiques du système de drainage sous-glaciaire. Notre compréhension s'est considérablement améliorée au fur et à mesure que cette collaboration entre des chercheurs ayant une expertise en observation, approches théoriques et expérimentales catalysées."
Chase, qui a reçu un prix d'études supérieures du HMEI Walbridge Fund pour étudier la fracturation par fluide, a ensuite conçu une série d'expériences utilisant un type de silicone qui imite la glace déformable sur un matériau poreux qui représente le substrat rocheux. Elle injecte du fluide entre la feuille déformable et le substrat poreux, observer le temps qu'il a fallu pour qu'une cloque se forme puis s'écoule dans le substrat poreux. Travailler avec Stone et Lai, Chase a également développé un modèle mathématique qui explique la physique qui régit le soulèvement et la relaxation de la surface dus à la formation de cloques d'eau. Son travail fait l'objet d'un article récemment accepté par la revue Physical Review Fluids.
"Les expériences peuvent être utiles parce que, dans le laboratoire, nous pouvons contrôler et mesurer tous les paramètres du système, qui nous a permis de tester notre modèle, " Chase a déclaré. "Nous pouvons également choisir des matériaux idéaux. Le système est suffisamment petit pour tenir dans une main et le matériau est transparent, nous avons donc pu observer directement la forme de la cloque et le drainage dans le substrat poreux au fil du temps."
L'étude est unique pour l'utilisation d'expériences en laboratoire pour étudier des processus naturels tels que la formation de cloques qui sont difficiles à analyser sur le terrain où les chercheurs ne peuvent pas contrôler les paramètres.
"Il est précieux d'avoir des modèles de laboratoire pour mieux comprendre les mécanismes derrière les changements de forme complexes qui se produisent dans la nature, " dit Stone. " Tiens, les expériences en laboratoire ont capturé les principales caractéristiques mécaniques observées sur le terrain et nous ont aidés à comprendre la relaxation de la calotte glaciaire lorsque l'eau s'écoule le long du lit glaciaire."
Le papier, "La transmissivité hydraulique déduite de la relaxation de la calotte glaciaire à la suite des drainages des lacs supraglaciaires du Groenland, " a été publié le 25 juin dans Communication Nature .
