Alors que les glaciers fondent, d'énormes morceaux de glace se libèrent et éclaboussent dans la mer, générant des vagues de la taille du tsunami et laissant un sillage puissant alors qu'ils s'éloignent. Ce processus, appelé vêlage, est important pour les chercheurs à comprendre. Mais l'avant d'un glacier est un endroit dangereux pour la collecte de données.
Pour résoudre ce problème, une équipe de chercheurs de l'Université de Washington et des institutions collaboratrices a utilisé un câble à fibre optique pour capturer la dynamique de vêlage à travers le fjord du glacier sermiat Kangilliit Eqalorutsit dans le sud de Groenland.
Les données recueillies sur le câble leur ont permis de documenter – sans être trop proche – l'un des processus clés qui accélèrent le taux de perte de masse glaciaire et, à son tour, menaçant la stabilité des calottes glaciaires, avec des conséquences pour les courants océaniques mondiaux et les écosystèmes locaux.
« Nous avons emmené la fibre dans un glacier, et nous avons mesuré cet effet de multiplicateur de vêlage fou que nous n'aurions jamais pu voir avec une technologie plus simple », a déclaré le co-auteur Brad Lipovsky, professeur adjoint de l'UW en sciences de la Terre et de l'espace. « C'est le genre de chose que nous n'avons jamais pu quantifier auparavant. »
Les données fournissent, pour la première fois, un regard plus profond sur la relation entre la glace et l'eau dans laquelle elle s'effondre, des ondes de surface aux perturbations dans la colonne d'eau. Leurs résultats sont publiés dans Nature.
La calotte glaciaire du Groenland – une casquette surgelée environ trois fois plus grande que le Texas – se rétrécit. Les scientifiques ont documenté sa retraite au cours des 27 dernières années alors qu'ils se bousculent pour comprendre les conséquences de la perte de masse continue.
Si la calotte glaciaire du Groenland devait fondre, elle libérerait suffisamment d'eau pour augmenter le niveau de la mer mondiale d'environ 25 pieds, inonder les côtes et déplacer des millions de personnes.
Les chercheurs spéculent également que la perte de glace affaiblit un système de courant mondial qui contrôle le climat et la distribution des nutriments en faisant circuler l'eau entre les régions du nord et du sud, appelé la circulation de renversement méridienne atlantique.
« Notre système de terre entier dépend, au moins en partie, de ces calottes glaciaires », a déclaré l'auteur principal Dominik Gräff, chercheur postdoctoral en sciences de la Terre et de l'espace.
« C'est un système fragile, et si vous le dérangez même un peu, il pourrait s'effondrer. Nous devons comprendre les tournants, et cela nécessite une connaissance approfondie et basée sur les processus de la perte de masse glaciaire. »
Pour les chercheurs, cela signifiait faire une excursion dans le sud du Groenland – où la calotte glaciaire du Groenland rencontre l'océan Atlantique – pour déployer le câble fibre optique. Au cours de la dernière décennie, les chercheurs ont exploré comment ces câbles peuvent être utilisés pour la collecte de données distants grâce à la technologie appelée détection acoustique distribuée, ou DAS, qui enregistre le mouvement du sol basé sur la déformation du câble. Avant cette étude, personne n'avait tenté d'enregistrer le vêlage glaciaire avec un câble Das sous-marin.
« Nous ne savions pas si cela allait fonctionner », a déclaré Lipovsky. « Mais maintenant, nous avons des données pour soutenir quelque chose qui n'était qu'une idée auparavant. »
Les chercheurs ont laissé tomber un câble de 10 kilomètres d'un bateau près de l'embouchure du glacier. Ils l'ont connecté à un petit récepteur et ont collecté des données de mouvement du sol et des lectures de température le long du câble pendant trois semaines.
Le motif de rétrodiffusion des photons traversant le câble a donné aux chercheurs une fenêtre sous la surface. Ils ont pu faire des observations nuancées sur les énormes morceaux de glace en accélérant devant leur bateau. Dont certains, ont dit Lipovsky, avaient la taille d'un stade de football et fredonnant à 15 à 20 miles par heure.
Les glaciers sont énormes et la majeure partie de leur masse se trouve sous la surface de l'eau, où la glace se fond plus rapidement. Alors que l'eau chaude mange à la base, le glacier devient lourd.
Lors d'un événement de vêlage, des morceaux de la partie en surplomb se cachent, formant des icebergs. Le vêlage peut être progressif, mais de temps en temps, le glacier soulève un morceau colossal de glace vers la mer. Les chercheurs ont assisté à un grand événement toutes les quelques heures lors de leur travail sur le terrain.
« Lorsque les icebergs se séparent, ils excitent toutes sortes de vagues », a déclaré Gräff.
Après l'impact initial, les ondes de surface – appelés tsunamis induits par le vêlage – ont suscité par le fjord. Cela suscite la colonne d'eau supérieure, qui est stratifiée. L'eau de mer est plus chaude et plus lourde que la fonte glaciaire et s'installe ainsi au fond. Mais longtemps après les éclaboussures, lorsque la surface s'était calmée, les chercheurs ont observé d'autres vagues, appelées ondes de gravité internes, se propageant entre les couches de densité.
Bien que ces ondes sous-marines n'étaient pas visibles de la surface, les chercheurs ont enregistré des ondes internes aussi hautes que les gratte-ciel qui secouent le fjord. Le mouvement plus lent et plus soutenu créé par ces vagues prolongé le mélange d'eau, apportant un approvisionnement régulier en eau chaude à la surface tout en conduisant de l'eau froide au fond du fjord.
Gräff a comparé ce processus aux glaçons fondant dans une boisson chaude. Si vous ne remuez pas la boisson, une couche fraîche d'eau se forme autour du glaçon, l'isolant du liquide plus chaud. Mais si vous remuez, cette couche est perturbée et la glace fond beaucoup plus rapidement. Dans le fjord, les chercheurs ont émis l'hypothèse que les vagues, du vêlage, perturbaient la couche limite du glacier et accéléraient la fusion sous l'eau.
Les chercheurs ont également observé des ondes de gravité interne perturbatrices émanant des icebergs lorsqu'ils se déplaçaient à travers le fjord. Ce type de vague n'est pas nouveau, mais les documenter à cette échelle l'est.
Des travaux antérieurs reposaient sur des mesures spécifiques au site à partir de capteurs de fond de l'océan, qui ne capturent qu'un instantané du fjord, et des lectures de température à partir de thermomètres verticaux. Les données pourraient aider à améliorer les modèles de prévision et à soutenir les systèmes d'alerte précoce pour les tsunamis induits par le vêlage.
« Il y a une révolution de détection de fibres en ce moment », a déclaré Lipovsky. « Il est devenu beaucoup plus accessible au cours de la dernière décennie, et nous pouvons utiliser cette technologie dans ces contextes incroyables. »
