Climat

Les plateformes de glace de l’Antarctique érodées par des « rivières inversées »

Selon une nouvelle étude, des « rivières inversées » d’eau chaude océanique érodent les bords fracturés des épaisses plateformes de glace flottantes de l’Antarctique, contribuant ainsi à créer des conditions propices à leur rupture et à l’élévation du niveau de la mer.

Les résultats, publiés dans Science Advances, décrivent un processus encore peu étudié qui pourrait s’avérer déterminant pour l’avenir de la glace en Antarctique et impacter la contribution du continent à la montée du niveau de la mer. Les modèles et prévisions ne prennent pas encore en compte ce scénario, qui est déjà en cours, selon les auteurs de l’étude.

Ce sont les points les plus vulnérables des plateformes qui sont attaqués, d’après Karen E. Alley, l’auteure principale. Les effets pourraient être importants mais il n’est pas encore possible de déterminer à quel point.

Ce que l’on savait déjà, avant cette étude, c’est que les plateaux de glace de l’Antarctique subissent une perte de masse accélérée, principalement en raison de la fonte basale plus rapide. Leur épaisseur s’est réduite de près de 20% sur les 20 dernières années.

Plateforme de glace Antarctique

Plateforme de glace telle qu’on en trouve en Antarctique de l’Ouest (Source : Kelvinsong)

L’accélération est la plus prononcée autour des régions des mers Amundsen et Bellingshausen, où les eaux profondes circumpolaires chaudes (CDW) envahissent le plateau continental. Dans cette partie ouest de l’Antarctique, les plateformes glaciaires ont diminué depuis 1994 avec une forte accélération durant la dernière décennie. Les plateformes des mers d’Amundsen et de Bellingshausen représentent la contribution la plus importante, avec une perte de glace en hausse de 70% sur la dernière décennie

Les plateformes de glace de l’Antarctique font généralement des centaines de mètres d’épaisseur et elles sont l’extension flottante de la calotte de glace continentale qui couvre plus de 98% de l’Antarctique. Elles ne contribuent pas directement à l’élévation du niveau des océans car elles flottent déjà sur la mer. En revanche, elles servent de point d’ancrage aux glaciers massifs de l’Antarctique : sans ces plateformes, les glaciers plongeraient directement dans l’eau. C’est donc indirectement que l’amincissement de la frange de glace qui borde le continent entraîne une montée du niveau des océans.

Les nouveaux travaux publiés dans Science Advances se concentrent sur ce qui a été identifié comme un point faible, les «marges de cisaillement», ces interfaces entre la plateforme flottante et les bords immobiles de la baie.

Les fissures provenant des marges de cisaillement peuvent se propager dans de la glace en mouvement rapide, vers les régions centrales des plateformes de glace, rejoignant éventuellement les fissures provenant de marges de cisaillement du côté opposé de la baie. Ces fractures peuvent conduire à un événement majeur de vêlage.

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Événements de vêlage importants déclenchés par des fractures de la marge de cisaillement. Les lignes bleues tracent les fractures qui ont conduit directement à un événement majeur de vêlage. (A) Pine Island Glacier (MODIS). (B) Petermann Glacier à partir d’une série d’images Landsat 7. Source : Karen E. Alley et al (Science Advances, 2019).

L’étude se penche sur l’identification de canaux basaux se formant sous les marges de cisaillement mais les recherches sont compliquées par leur inaccessibilité et leur topographie de surface complexe.

Des études antérieures ont identifié les canaux basaux par approximation, en inférant leur présence à la surface. Cependant, dans les marges de cisaillement fortement crevassées, les surfaces complexes rendent l’identification visuelle des canaux à partir des caractéristiques de surface peu fiable. Un radar pénétrant dans la glace a été utilisé pour identifier les canaux, mais le radar est difficile à collecter et à interpréter.

Les canaux basaux ont également été identifiés en détectant la présence de polynies (zones d’eau libres de glace) persistantes aux bords des plateformes des glaces. Les auteurs de l’étude ont utilisé les archives d’images du spectroradiadiomètre d’imagerie à résolution moyenne (MODIS) pour cartographier et suivre leur présence persistante dans le temps. Trente-trois polynies persistantes ont été identifiées dans les archives d’images, dont dix-huit correspondent directement à une marge de cisaillement.

D’après Karen E. Alley, les emplacements de ces polynies sont probablement le signe d’un apport régulier d’eau flottante au bord de la banquise. Par conséquent, la présence d’une polynie persistante associée à la marge de cisaillement est susceptible de mettre en évidence l’existence d’un canal basal. On trouve ce type de configuration sur les trois principales plateformes de glace de Pine Island Bay et sur plusieurs autres plateformes de glace dans les régions de la mer d’Amundsen et de Bellingshausen.

La synthèse des données récoltées permet de montrer que les grands canaux basaux sont plus susceptibles de se former aux marges de cisaillement, les parties les plus faibles, des plateformes de glace à écoulement rapide. De forts gradients de vélocité entre la plateforme et la terre ferme favorisent l’étirement et la formation de grands creux dans les marges de cisaillement. La glace creusée et plus fine tend à s’élever par rapport à la glace plus épaisse qui l’entoure, créant ce qui ressemble à un lit de rivière inversé qui traverse le bas de la plate-forme. L’eau chaude qui monte est acheminée dans ce lit, formant une « rivière à l’envers ».

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Formation de creux aux marges de cisaillement au sol : schéma des contributions dynamiques à la formation de creux de marge de cisaillement. Source : Karen E. Alley et al (Science Advances, 2019).

L’eau chaude et fraîche est plus flottante que l’eau froide et salée, elle a donc tendance à se positionner dans ces canaux, ce qui érode et affaiblit davantage les marges, rendant les plateaux de glace plus vulnérables.

Il existe plusieurs raisons pour lesquelles les canaux peuvent se former préférentiellement dans les marges de cisaillement. En fait, tout processus conduisant à une glace localement mince contribuera à la formation de canaux basaux, selon les auteurs de l’étude.

Dans le passé, les chercheurs ignoraient que les panaches chauds étaient si courants sous les marges des glaces. L’étude montre que ces polynies se forment année après année aux mêmes endroits, ce qui signifie que l’eau chaude se canalise effectivement dans ces zones.

Ces processus semblent se produire sur les plateaux de glace en Antarctique et au Groenland, bien que l’étude en question se concentre sur les glaciers antarctiques.

On ne sait pas encore à quel point le  rôle de ces rivières inversées est déterminant mais il y aurait beaucoup plus de canaux  que prévu. Lors de travaux antérieurs sur la banquise de Getz, Karen Alley avait découvert que les rivières pouvaient s’approfondir rapidement. Si les eaux de ces rivières deviennent encore un peu plus chaudes en raison du changement climatique, le processus d’éclaircie pourrait s’accélérer considérablement.

9 réponses »

  1. La figure 1A est un peu perturbante : je suppose qu’il s’agit du 15 janvier 2007 au lieu de 2005, vis à vis de la position de la petite « crète » au coin supérieur droit de la série de clichés.
    De ce qu’il semble en sortir aussi, si j’ai bien suivi, comme la salinité prime sur la température lors des phénomènes de stratification, les eaux plus chaudes venant des océans aux latitudes moins élevées va venir s’engouffrer plutôt sous les eaux plus douces et froides issues de la fonte (saisonnière ou pas). Ce qui en fait donc plutôt une rétroaction positive : la chaleur contenu ne pouvant s’évauer par la surface elle s’attaque de plus en plus profondément vers les « terres ». Non ?

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    • J’ai compris l’inverse: les eaux plus chaudes, moins denses, remontent en surface et ont tendance à se concentrer et s’écouler dans ces « canaux basaux » en forme de lits de rivières renversés,formés par l’étirement et l’amincissement de la glace à la frontière entre les plateformes en mouvement rapide et les glaciers continentaux plus lents. Ils accélèrent alors l’amincissement de la glace au point de provoquer des fractures, lesquelles peuvent ensuite s’étendre à toute la plateforme.

      Je vois en effet un mécanisme de rétroaction: plus les glaciers accélèreront leur écoulement, plus la dynamique des plateformes sera importe, et plus l’amincissement de la glace favorisera le développement de ses canaux basaux…

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      • C’est ça, l’étirement et l’amincissement de la glace entre les plateformes où le flux est rapide et la glace reposant sur la terre ferme permet à l’eau chaude, moins salée (donc moins dense) de venir s’y loger. C’est sous la glace étirée que cette eau chaude vient former les canaux, d’après l’étude.

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    • Ghtuz,
      Pour la figure 1A, je pense que tu as raison, en toute logique. Il doit s’agir d’une coquille.
      Concernant le mécanisme, l’apport d’eau chaude, rendue moins salée par la fonte glaciaire, fait que cette eau chaude et flottante va avoir tendance à monter et à se loger préférentiellement dans des canaux situés sous la plateforme.

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      • D’après ce mécanisme, la fonte basale provoque un adoucissement (et une perte de chaleur, au sens calorique) de l’eau qui resterai quand même au dessus, l’eau chaude mais plus dense qui continue d’affluer aurait tendance à couler plus loin tout en limitant les échanges. Les polinies n’étant que le resultat de cette fonte aux points les plus minces de la plateforme et sont comme une « cheminée » où est évacué encore plus de chaleur; peut-être que cela permet de ralentir aussi l’avancement de ce phénomène de sape durant un court laps de temps.
        Là où je voulais en venir, c’est que ce cette façon la bufferisation de la chaleur peut continuer à croître de plus en plus loin vers l’inlandsis sans pour autant provoquer une fonte ou des vêlages massifs des glaciers, du moins à court terme.

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  2. Bonjour Johan,
    J’imagine que des résultats scientifiques de ce type ne sont pas facilement intégrables dans les modèles informatiques actuels. Pensez-vous qu’il pourrait y avoir éventuellement des élévations très rapides mais ponctuelles du niveau de la mer en rapport avec le sujet de votre article ?

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    • Bonjour Jacques,
      Je cite la conclusion de l’étude : « … dans notre climat moderne, le réchauffement de l’eau sous la banquise peut déjà causer l’approfondissement du canal basal dans les marges de cisaillement, ce qui pourrait fortement affecter les contreforts et entraîner une augmentation du vêlage et de la perte de masse de glace ». Les auteurs laissent donc entendre que l’impact pourrait être important, sans pouvoir le quantifier.
      Pour en savoir plus, il faudrait que cela puisse être modélisé. « Une analyse plus approfondie est nécessaire pour établir le comportement actuel et futur probable des creux de marges de cisaillement et des canaux basaux, et les modèles de changement de la calotte glaciaire devraient incorporer les impacts des marges de cisaillement préférentiellement affaiblies dans les simulations à la fois paléo et modernes. »

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