Les scientifiques ont utilisé la détection par fibre optique pour obtenir les mesures les plus détaillées des propriétés de la glace jamais prises sur la calotte glaciaire du Groenland. Leurs résultats seront utilisés pour créer des modèles plus précis du mouvement futur de la deuxième plus grande calotte glaciaire du monde, alors que les effets du changement climatique continuent de s’accélérer.
L’équipe de recherche, dirigée par l’Université de Cambridge, a utilisé une nouvelle technique dans laquelle les impulsions laser sont transmises dans un câble à fibre optique pour obtenir des mesures de température très détaillées de la surface de la calotte glaciaire jusqu’à la base, plus de 1000 mètres en dessous.
Contrairement aux études précédentes, qui mesuraient la température à partir de capteurs séparés distants de plusieurs dizaines, voire centaines de mètres, la nouvelle approche permet de mesurer la température sur toute la longueur d’un câble à fibre optique installé dans un forage profond. Le résultat est un profil très détaillé de la température, qui contrôle la déformation de la banquise côtière et, finalement, la vitesse à laquelle la calotte glaciaire s’écoule.
On pensait que la température des calottes glaciaires variait comme un gradient lisse, avec les sections les plus chaudes de la surface où le soleil frappe, et à la base où elle est réchauffée par l’énergie géothermique et la friction alors que la calotte glaciaire grince à travers le paysage sous-glaciaire vers l’océan. .
La nouvelle étude a plutôt révélé que la distribution de la température est beaucoup plus hétérogène, avec des zones de déformation très localisée réchauffant davantage la glace. Cette déformation est concentrée aux frontières entre les glaces d’âges et de types différents. Bien que la cause exacte de cette déformation reste inconnue, elle peut être due à la poussière dans la glace des éruptions volcaniques passées ou à de grandes fractures qui pénètrent plusieurs centaines de mètres sous la surface de la glace. Les résultats sont rapportés dans le journal Progrès scientifiques.
La perte de masse due à la calotte glaciaire du Groenland a été multipliée par six depuis les années 1980 et est désormais le principal facteur contribuant à l’élévation mondiale du niveau de la mer. Environ la moitié de cette perte de masse provient du ruissellement des eaux de fonte de surface, tandis que l’autre moitié est due au rejet de glace directement dans l’océan par les glaciers à courant rapide qui atteignent la mer.
Afin de déterminer comment la glace se déplace et les processus thermodynamiques à l’œuvre dans un glacier, des mesures précises de la température de la glace sont essentielles. Les conditions à la surface peuvent être détectées par des satellites ou des observations sur le terrain d’une manière relativement simple. Cependant, déterminer ce qui se passe à la base de la calotte glaciaire d’un kilomètre d’épaisseur est beaucoup plus difficile à observer, et le manque d’observations est une cause majeure d’incertitude dans les projections de l’élévation mondiale du niveau de la mer.
Le projet RESPONDER, financé par le Conseil européen de la recherche, aborde ce problème en utilisant la technologie de forage à eau chaude pour forer à travers Sermeq Kujalleq (magasin Glacier) et étudier directement l’environnement à la base de l’un des plus grands glaciers du Groenland.
«Nous prenons normalement des mesures dans la calotte glaciaire en attachant des capteurs à un câble que nous descendons dans un forage foré, mais les observations que nous avons faites jusqu’à présent ne nous donnent pas une image complète de ce qui se passe», a déclaré le co-auteur Dr Poul Christoffersen du Scott Polar Research Institute qui dirige le projet RESPONDER. “Plus nous pouvons recueillir de données précises, plus nous pouvons faire cette image claire, ce qui à son tour nous aidera à faire des prévisions plus précises pour l’avenir de la calotte glaciaire.”
«Avec les méthodes de détection typiques, nous ne pouvons attacher qu’une douzaine de capteurs sur le câble, de sorte que les mesures sont très espacées», a déclaré le premier auteur Robert Law, doctorant au Scott Polar Research Institute. “Mais en utilisant un câble à fibre optique à la place, le câble entier devient essentiellement un capteur, ce qui nous permet d’obtenir des mesures précises de la surface jusqu’à la base.”
Pour installer le câble, les scientifiques devaient d’abord forer à travers le glacier, un processus dirigé par le professeur Bryn Hubbard et le Dr Samuel Doyle de l’Université d’Aberystwyth. Après avoir abaissé le câble dans le trou de forage, l’équipe a transmis des impulsions laser dans le câble, puis a enregistré les distorsions de la diffusion de la lumière dans le câble, qui varient en fonction de la température de la glace environnante. Des ingénieurs de l’Université de technologie de Delft aux Pays-Bas et des géophysiciens de l’Université de Leeds ont contribué à la collecte et à l’analyse des données.
“Cette technologie représente une avancée considérable dans notre capacité à enregistrer les variations spatiales de la température de la glace sur de longues distances et à une résolution très élevée. Avec quelques adaptations supplémentaires, la technique peut également enregistrer d’autres propriétés, telles que la déformation, à une résolution similaire”, a déclaré Hubbard.
«Dans l’ensemble, nos lectures brossent un tableau bien plus varié que ce que prédisent la théorie et les modèles actuels», a déclaré Christoffersen. «Nous avons constaté que la température était fortement influencée par la déformation de la glace en bandes et aux limites entre différents types de glace. Et cela montre qu’il y a des limites dans de nombreux modèles, y compris le nôtre.
Les chercheurs ont trouvé trois couches de glace dans le glacier. La couche la plus épaisse est constituée de glace froide et raide qui s’est formée au cours des 10 000 dernières années. En dessous, ils ont trouvé de la glace plus ancienne de la dernière période glaciaire, qui est plus molle et plus déformable en raison de la poussière emprisonnée dans la glace. Ce qui a le plus surpris les chercheurs, cependant, c’est une couche de glace chaude de plus de 70 mètres d’épaisseur au pied du glacier. “Nous connaissons ce type de glace chaude provenant d’environnements alpins beaucoup plus chauds, mais ici, le glacier produit de la chaleur en se déformant”, a déclaré Law.
«Avec ces observations, nous commençons à mieux comprendre pourquoi la calotte glaciaire du Groenland perd de sa masse si rapidement et pourquoi la décharge de glace est un mécanisme si important de perte de glace», a déclaré Christoffersen.
L’une des principales limites de notre compréhension du changement climatique est liée au comportement des glaciers et des calottes glaciaires. Les nouvelles données permettront aux chercheurs d’améliorer leurs modèles sur la façon dont la calotte glaciaire du Groenland se déplace actuellement, comment elle pourrait se déplacer à l’avenir et ce que cela signifiera pour l’élévation mondiale du niveau de la mer.
La recherche a été financée en partie par l’Union européenne.
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