Lorsque les calottes glaciaires fondent, quelque chose d'étrange et de très contre-intuitif se produit au niveau de la mer.

Cela fonctionne essentiellement comme une bascule. Dans la zone proche de l'endroit où ces masses de glace fondent, le niveau des océans baisse. Pourtant, à des milliers de kilomètres de là, ils s'élèvent réellement. Cela se produit en grande partie à cause de la perte d'attraction gravitationnelle vers la calotte glaciaire, provoquant la dispersion de l'eau. Les modèles sont devenus connus sous le nom d'empreintes digitales du niveau de la mer puisque chaque fonte des glaciers ou des calottes glaciaires a un impact unique sur le niveau de la mer. Les éléments du concept - qui sont au cœur de la compréhension que le niveau mondial de la mer n'augmente pas uniformément - existent depuis plus d'un siècle et la science moderne du niveau de la mer s'est construite autour de lui. Mais il y a longtemps eu un accroc à la théorie largement acceptée. Une empreinte digitale au niveau de la mer n'a jamais été définitivement détectée par les chercheurs.

Une équipe de scientifiques - dirigée par l'ancienne élève de Harvard Sophie Coulson et mettant en vedette le géophysicien de Harvard Jerry X. Mitrovica - pense avoir détecté le premier. Les résultats sont décrits dans une nouvelle étude publiée jeudi dans Science . Les travaux valident près d'un siècle de science sur le niveau de la mer et contribuent à renforcer la confiance dans les modèles prédisant l'élévation future du niveau de la mer.

"Les projections au niveau de l'océan, la planification urbaine et côtière - tout cela - a été construit sur l'idée des empreintes digitales", a déclaré Mitrovica, professeur de sciences Frank B. Baird Jr. au Département des sciences de la Terre et des planètes. "C'est pourquoi les empreintes digitales sont si importantes. Elles vous permettent d'estimer à quoi ressemblera la géométrie des changements du niveau de la mer... nous avons donc maintenant beaucoup plus confiance dans l'évolution des changements du niveau de la mer... Si la physique des empreintes digitales n'était pas s'il n'est pas correct, alors nous devrions repenser toutes les recherches modernes sur le niveau de la mer."

Les empreintes digitales du niveau de la mer ont été notoirement difficiles à détecter en raison des fluctuations majeures du niveau des océans provoquées par les marées, les courants et les vents changeants. Ce qui en fait une telle énigme, c'est que les chercheurs tentent de détecter les mouvements millimétriques de l'eau et de les relier à la fonte des glaciers à des milliers de kilomètres.

Mitrovica a comparé la recherche à celle de la particule subatomique du boson de Higgs.

"Presque tous les physiciens pensaient que le Higgs existait, mais c'était néanmoins un accomplissement transformateur lorsqu'il a été fermement détecté", a déclaré Mitrovica. "En physique au niveau de la mer, presque tout le monde supposait que les empreintes digitales existaient, mais elles n'avaient jamais été détectées à un niveau de confiance comparable."

La nouvelle étude utilise des données satellitaires récemment publiées par une agence européenne de surveillance marine qui capture plus de 30 ans d'observations à proximité de la calotte glaciaire du Groenland et d'une grande partie de l'océan près du milieu du Groenland pour capturer la bascule dans les niveaux de l'océan à partir de l'empreinte digitale. .

Les données satellitaires ont attiré l'attention de Mitrovica et de son collègue David Sandwell du Scripps Institute of Oceanography. En règle générale, les enregistrements satellites de cette région ne s'étendaient que jusqu'à la pointe sud du Groenland, mais dans cette nouvelle version, les données ont atteint dix degrés de latitude plus haut, ce qui leur a permis de repérer un indice potentiel de la bascule causée par l'empreinte digitale.

Mitrovica s'est rapidement tourné vers Coulson, un ancien Ph.D. étudiant dans le laboratoire de Mitrovica et maintenant stagiaire postdoctoral au Laboratoire national de Los Alamos, pour vérifier s'il s'agissait vraiment du signal d'empreintes digitales que les scientifiques du niveau de la mer recherchaient depuis des décennies.

"Elle était la meilleure personne pour … modéliser avec précision à quoi ressemblerait l'empreinte digitale compte tenu de notre compréhension de la perte de masse de l'inlandsis du Groenland, et elle a pu établir si cette prédiction correspondait à l'observation par satellite", a déclaré Mitrovica.

Coulson, experte en modélisation du changement du niveau de la mer et de la déformation de la croûte associée à la fonte des calottes glaciaires et des glaciers, rendait visite à sa famille au Royaume-Uni lorsque les ensembles de données sont arrivés dans sa boîte de réception. Elle a immédiatement reconnu le potentiel, dit-elle.

Coulson a rapidement recueilli pendant trois décennies les meilleures observations qu'elle a pu trouver sur le changement de hauteur de la glace dans l'inlandsis du Groenland ainsi que des reconstructions du changement de hauteur des glaciers dans l'Arctique canadien et l'Islande. Elle a combiné ces différents ensembles de données pour créer des prévisions de changement du niveau de la mer dans la région de 1993 à 2019, qu'elle a ensuite comparées aux nouvelles données satellitaires. L'ajustement était parfait. Une correspondance individuelle qui a montré avec plus de 99,9 % de confiance que le modèle de changement du niveau de la mer révélé par les satellites est une empreinte digitale de la fonte de la calotte glaciaire.

"J'étais complètement étonné, c'était là - une empreinte digitale au niveau de la mer, preuve de leur existence", a déclaré Coulson. "Ce fut un moment vraiment, vraiment excitant pour nous tous. Il y a très peu de moments dans la science qui fournissent une clarté aussi simple et remarquable sur les processus terrestres complexes."

"Ce travail, dirigé de manière si remarquable par Sophie, est l'un des points forts de ma carrière, une fin de livre à tout le travail théorique et informatique que nous avons construit avec une communauté de collègues internationaux", a ajouté Mitrovica, dont le groupe a été le premier à présenter des modèles et des prédictions de ce à quoi devraient ressembler les empreintes digitales au niveau de la mer.

La recherche scientifique prend généralement des années pour développer les résultats, puis les rédiger dans un article, mais ici, les chercheurs ont pu agir rapidement. Au total, le processus n'a pris que quelques mois entre le moment où ils ont vu les données satellites et le moment où ils ont soumis l'article.

C'est parce que le gros du travail a déjà été fait. Une grande partie de la théorie, de la technologie et des méthodes étaient déjà bien développées et avancées depuis que Mitrovica et son équipe ont présenté leurs travaux sur les empreintes digitales au niveau de la mer il y a environ 20 ans - des calculs qui ont été largement acceptés et ont été pris en compte dans presque tous les modèles prédisant le niveau de la mer. monter.

"C'était une science à haut risque et à haute récompense et personne ne s'attendait à une détection aussi rapide. Nous avons énormément bénéficié des groupes qui nous soutiennent, notamment le défi Star-Friedman", a déclaré Mitrovica.

Maintenant que la première empreinte digitale au niveau de la mer a été détectée, la question avec les plus grandes implications mondiales est maintenant de savoir où tout cela mène.

"D'autres détections viendront", a déclaré Mitrovica. "Bientôt, toute la puissance de la physique des empreintes digitales sera disponible pour projeter les changements du niveau de la mer dans la prochaine décennie, le prochain siècle et au-delà." + Explorer plus loin

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