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Le laser spatial de la NASA cartographie les lacs d’eau de fonte de l’Antarctique avec une précision incroyable

photo: Des chercheurs de la NASA à la surface de la calotte glaciaire de l’Antarctique dans le cadre de l’expédition 88-Southern en 2019. L’expédition de 470 milles dans l’un des paysages les plus arides de la Terre… Voir Suite

Crédit : Crédit : Goddard Space Flight Center de la NASA/Dr. Kelly Brant

D’en haut, la calotte glaciaire de l’Antarctique peut ressembler à une calotte glaciaire calme et permanente qui a couvert l’Antarctique pendant des millions d’années. Mais la calotte glaciaire peut atteindre des milliers de mètres de profondeur au plus profond, et elle cache des centaines de lacs d’eau de fonte là où sa base rencontre le substratum rocheux du continent. Profondément sous la surface, certains de ces lacs se remplissent et se drainent constamment à travers un système de voies navigables qui finissent par se jeter dans l’océan.

Maintenant, avec l’instrument laser d’observation de la Terre le plus avancé que la NASA ait volé dans l’espace, les scientifiques ont amélioré leurs cartes des systèmes lacustres cachés sous la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental – et ont découvert deux de ces lacs sous-glaciaires actifs.

La nouvelle étude donne un aperçu de la découverte de nouveaux lacs glaciaires depuis l’espace, ainsi que pour évaluer comment ce système de plomberie subtil affecte la vitesse à laquelle la glace glisse dans l’océan Austral, ajoutant de l’eau douce qui peut altérer sa circulation et ses écosystèmes.

Le satellite Ice, Cloud and Earth 2 de la NASA, ou ICESat-2, a permis aux scientifiques de cartographier avec précision les lacs sous-glaciaires. Le satellite mesure la hauteur de la surface de la glace qui, malgré son énorme épaisseur, monte ou descend au fur et à mesure que les lacs se remplissent ou se vident sous la calotte glaciaire.

L’étude, publiée le 7 juillet dans Lettres de recherche géophysique, intègre les données d’altitude du prédécesseur d’ICESat-2, la mission ICESat originale, ainsi que du satellite de l’Agence spatiale européenne dédié à la surveillance de l’épaisseur de la glace polaire, CryoSat-2.

Les systèmes hydrologiques sous la calotte glaciaire de l’Antarctique sont un mystère depuis des décennies. Cela a commencé à changer en 2007, lorsque Helen Amanda Fricker, glaciologue à la Scripps Institution of Oceanography de l’Université de Californie à San Diego, a réalisé une percée qui a permis de mettre à jour la compréhension classique des lacs sous-glaciaires en Antarctique.

En utilisant les données de l’ICESat original en 2007, Fricker a découvert pour la première fois que sous les flux glaciaires rapides de l’Antarctique, tout un réseau de lacs communique les uns avec les autres, remplissant et drainant activement l’eau au fil du temps. Auparavant, on pensait que ces lacs retenaient régulièrement l’eau de fonte, sans se remplir ni se vider.

« Découvrir ces systèmes interconnectés de lacs à l’interface glaciaire qui déplacent l’eau, avec tous ces impacts sur la glaciologie, la microbiologie et l’océanographie – ce fut une découverte majeure de la mission ICESat », a déclaré Matthew Siegfried, associé. Professeur de géophysique à la Colorado School of Mines, à Golden, Colorado, et chercheur principal de la nouvelle étude. “ICESat-2, c’est comme mettre vos lunettes après avoir utilisé ICESat, les données sont si haute résolution que nous pouvons vraiment commencer à cartographier les limites du lac à la surface.”

Les scientifiques ont émis l’hypothèse que l’échange d’eau sous-glaciaire en Antarctique est causé par une combinaison de facteurs, notamment les fluctuations de pression exercées par le poids massif de la glace au-dessus, la friction entre la couche de calotte glaciaire et la roche en dessous, et la chaleur du sol sous isolée par l’épaisseur de la glace. C’est un contraste frappant avec la calotte glaciaire du Groenland, où les lacs sur le lit de glace sont remplis d’eau de fonte qui s’écoule à travers des fissures et des trous à la surface.

Pour étudier les zones où les lacs sous-glaciaires se remplissent et se drainent fréquemment avec des données satellitaires, Siegfried a travaillé avec Fricker, qui a joué un rôle clé dans la conception de la façon dont la mission ICESat-2 surveille la glace polaire depuis l’espace.

Les nouvelles recherches de Siegfried et Fricker montrent qu’un groupe de lacs, dont les lacs Conway et Mercer sous les ruisseaux de glace Mercer et Whillans dans l’Antarctique occidental, connaissent une période de séchage pour la troisième fois depuis que la mission ICESat originale a commencé à mesurer les changements d’altitude à la surface de la calotte glaciaire en 2003. Les deux lacs nouvellement découverts sont situés dans cette zone.

En plus de fournir des données vitales, l’étude a également révélé que les contours ou les limites des lacs peuvent progressivement changer à mesure que l’eau entre et sort des réservoirs.

“Nous cartographions vraiment toutes les différences d’altitude qui existent à ce stade”, a déclaré Siegfried. “S’il y a des lacs qui se remplissent et se vident, nous les trouverons avec ICESat-2.”

“Aidez-nous à regarder” sous la couverture de glace الغطاء

Des mesures précises de l’eau de fonte basale sont essentielles si les scientifiques veulent mieux comprendre le système de plomberie sous-glaciaire de l’Antarctique et comment toute cette eau douce pourrait modifier la vitesse de la calotte glaciaire au-dessus ou la circulation de l’océan dans lequel elle se jette finalement.

Une immense calotte glaciaire en forme de dôme couvrant la majeure partie du continent, la calotte glaciaire antarctique s’écoule lentement vers l’extérieur de la région centrale du continent comme un nid d’abeilles très épais. Mais à mesure que la glace s’approche de la côte, sa vitesse change considérablement, se transformant en courants glaciaires ressemblant à des rivières qui déplacent rapidement la glace vers l’océan à des vitesses pouvant atteindre plusieurs mètres par jour. La vitesse ou la lenteur du mouvement de la glace dépend en partie de la façon dont l’eau de fonte lubrifie la calotte glaciaire lorsqu’elle glisse sur le substrat rocheux sous-jacent.

Lorsque la calotte glaciaire se déplace, elle souffre de fissures, de fissures et d’autres défauts. Lorsque les lacs sous la glace gagnent ou perdent de l’eau, ils déforment également la surface gelée au-dessus. Grand ou petit, ICESat-2 cartographie ces changements d’altitude avec une précision de quelques centimètres à l’aide d’un système d’altimètre laser qui peut mesurer la surface de la Terre avec des détails sans précédent.

Le suivi de ces processus complexes avec des missions satellitaires à longue portée fournira des informations importantes sur le sort de la calotte glaciaire. Une partie importante de ce que les glaciologues ont découvert sur les calottes glaciaires au cours des 20 dernières années provient d’observations de la façon dont la glace polaire a changé en réponse au réchauffement de l’atmosphère et des océans, mais des processus subtils tels que la façon dont les systèmes lacustres transportent l’eau sous la glace peuvent également être clé dans les études, a déclaré Fricker.

“Ce sont des processus qui se déroulent sous l’Antarctique et nous n’aurions aucune idée si nous n’avions pas de données satellitaires”, a déclaré Fricker, soulignant comment sa découverte de 2007 a permis aux glaciologues de confirmer que le système de plomberie caché de l’Antarctique déplace l’eau plus rapidement. . qu’on ne le pensait auparavant. “Nous avons eu du mal à obtenir de bonnes prédictions sur l’avenir de l’Antarctique, et des outils comme ICESat-2 nous aident à assurer une surveillance à l’échelle opérationnelle.”

“Un système d’eau connecté à l’ensemble du système Terre”

Comment l’eau douce de la calotte glaciaire peut affecter la circulation de l’océan Austral et de ses écosystèmes marins est l’un des secrets les mieux gardés de l’Antarctique. Étant donné que l’hydrologie sous-glaciaire du continent joue un rôle majeur dans le déplacement de cette eau, Siegfried a également souligné le lien entre la calotte glaciaire et le reste de la planète.

“Nous ne parlons pas seulement de la calotte glaciaire”, a déclaré Siegfried. “Nous parlons vraiment d’un système d’eau connecté à l’ensemble du système Terre.”

Récemment, Fricker et une autre équipe de scientifiques ont découvert ce lien entre l’eau douce et l’océan Austral, mais cette fois en regardant des lacs près de la surface de la banquise, une grande plaque de glace qui flotte sur l’océan comme une extension de la glace. obligatoire. Leur étude a rapporté qu’un grand lac recouvert de glace s’est soudainement effondré en 2019 après qu’une fissure s’est ouverte ou s’est fracturée du fond du lac à la base de la plate-forme de glace Ameri en Antarctique de l’Est.

À l’aide des données d’ICESat-2, l’équipe a analysé le changement brutal des paysages de la banquise. L’événement a laissé le dolin, ou évier, une dépression dramatique mesurant environ quatre milles carrés (environ 10 kilomètres carrés), soit plus de trois fois la taille de Central Park à New York. La fissure a détourné près de 200 milliards de gallons d’eau douce de la surface de la banquise vers l’océan en moins de trois jours.

Pendant l’été, des milliers de lacs d’eau de fonte turquoise décorent la surface blanche scintillante des plateaux de glace de l’Antarctique. Mais cet événement soudain s’est produit au milieu de l’hiver, lorsque les scientifiques s’attendaient à ce que l’eau à la surface de la banquise ait complètement gelé. Parce que ICESat-2 orbite autour de la Terre avec des trajectoires au sol parfaitement répétitives, ses lasers peuvent montrer les changements dramatiques de terrain avant et après la vidange du lac, même pendant l’obscurité de l’hiver arctique.

Roland Warner, glaciologue au partenariat du programme antarctique australien de l’Université de Tasmanie et auteur principal de l’étude, a découvert la plate-forme de glace dispersée dans les images de Landsat 8, une mission conjointe entre la NASA et l’US Geological Survey. Warner a déclaré que l’événement de drainage était probablement dû au processus d’hydrofracturation où la masse d’eau du lac a créé une faille de surface à travers la plate-forme de glace directement dans l’océan en dessous.

“En raison de cette perte de poids de l’eau à la surface de la banquise flottante, tout se courbe vers le haut au milieu du lac”, a déclaré Warner. “C’est quelque chose qui était difficile à détecter simplement en regardant des images satellites.”

Les lacs et les ruisseaux qui coulent sur les plateaux de glace de l’Antarctique sont courants pendant les mois les plus chauds. Étant donné que les scientifiques s’attendent à ce que ces lacs d’eau de fonte soient plus fréquents à mesure que la température de l’air augmente, le risque de fracturation hydraulique pourrait également augmenter au cours des prochaines décennies. Cependant, l’équipe a conclu qu’il était trop tôt pour déterminer si le réchauffement du climat de l’Antarctique était à l’origine de la disparition du lac observé sur la plate-forme de glace Ameri.

Observer la formation du dolin avec des données altimétriques était une opportunité rare, mais c’est aussi le genre d’événement que les glaciologues doivent analyser afin d’étudier toute la dynamique de la glace pertinente pour les modèles de l’Antarctique.

“Nous avons beaucoup appris sur les processus dynamiques de la calotte glaciaire grâce à l’altimétrie par satellite, et il est impératif que nous prévoyions que la prochaine génération de satellites altimétriques poursuive ce record”, a déclaré Fricker.

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Écrit par Roberto Molar Candanosa, équipe d’information sur les sciences de la Terre de la NASA

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