De puissantes impulsions d'eau souterraine coulent sous les lacs Michigan et Huron, qui forment ensemble l'un des plus grands systèmes d'eau douce du monde. Ce flux d'eau souterraine peut modifier considérablement comment et où la glace se forme, avec des implications importantes pour les modèles de climat de glace. Alors que le changement climatique fait pression sur le système, de nouvelles recherches suggèrent que les modèles conventionnels peuvent sous-estimer comment les eaux souterraines peuvent déstabiliser la glace du lac le long de ses rivages (côtes).
Lorsque nous pensons à la formation et à la stabilité de la glace du lac, les facteurs qui influencent qui viennent souvent à l'esprit sont atmosphériques, comme la température de l'air, l'humidité, le vent et le rayonnement solaire. Mais Saeed Memari, de la Colorado School of Mines, et ses collègues soutiennent que le flux d'eau souterraine peut jouer un rôle démesuré dans la modulation de la formation de glace et fonce dans de grands systèmes d'eau douce.
Dans leur travail, récemment publié dans Recherche des ressources en eauMemari et l'équipe ont construit des modèles de glace hydrodynamique couplés qui incorporent une décharge d'eau souterraine spatiale et temporellement variable au bas des lacs Michigan et Huron et ont testé comment différentes amplitudes de flux changent la stratification thermique du lac, le début de la congélation et la stabilité de la glace. Leur découverte de base: lorsque le flux des eaux souterraines s'intensifie, il agit comme une source de chaleur faible mais persistante, fournissant de l'eau plus chaude du sous-sol et retardant la croissance de la glace ou favorisant la fonte.
Les auteurs ont testé une gamme de scénarios de flux d'eau souterraine. Ils ont constaté qu'à des flux faibles (10 fois l'écoulement de base), l'impact est subtil, avec un léger amincissement ou un gel retardé dans les zones peu profondes. À un flux modéré (100 fois l'écoulement de base), les eaux souterraines peuvent perturber la stratification thermique, mélangeant de l'eau plus chaude vers le haut, ce qui inhibe la glace de la stabilisation. Mais dans les régimes de flux les plus extrêmes (1 000 fois le flux de base), l'effet devient dramatique; Dans les zones côtières et riches, la glace devient thermiquement déstabilisée, avec une fonte qui empiète beaucoup plus tôt et pénétrant plus à l'intérieur des terres que les modèles sans eaux souterraines ne le prédisaient.
Fait intéressant, leurs simulations montrent que l'influence déstabilisatrice est la plus forte près des marges et des rives du lac en raison de l'apport plus élevé des eaux souterraines, tandis que dans les intérieurs du lac profond, l'effet est atténué par le volume et l'isolation. Ainsi, la chaleur inférieure faible des eaux souterraines mine de manière disproportionnée la glace près de l'endroit où les gens, les écosystèmes et les infrastructures interagissent avec la surface du lac.
De plus, tout le flux des eaux souterraines n'est pas égal. La variabilité spatiale signifie qu'un fort flux dans un secteur côtier peut fondre localement ou de la glace mince, même lorsque le reste du lac reste congelé.
La variabilité temporelle est également importante car les mois d'été plus chauds signifient que la température de la surface du lac est moins propice à la formation de glace, tandis qu'en hiver, les eaux de surface plus fraîches peuvent conduire à une accumulation de glace lente mais régulière. Cela est dû à un gradient thermique plus prononcé dans la colonne d'eau du lac, où les eaux souterraines plus denses plus denses ne se mélangent pas vers le haut dans les eaux de surface, en maintenant une couche de surface plus fraîche. Par conséquent, les modèles devraient permettre des distributions de flux inférieur et de température différenciées, plutôt que des hypothèses uniformes.
Dans le contexte du réchauffement climatique en cours, les auteurs soutiennent que l'augmentation des températures des eaux souterraines, des précipitations modifiées, des changements d'utilisation des terres ou des changements dans la recharge de l'aquifère pourrait changer les régimes de flux des eaux souterraines. Cela pourrait amplifier les contributions à la chaleur subtile auparavant subtiles et éroder davantage la couverture de glace dans les zones côtières.
En incluant des flux d'eau souterraine variables dans leurs modèles, les chercheurs visent à fournir un modèle plus réaliste et dynamique de glace d'hiver dans les grands lacs dans les futurs scénarios climatiques. De plus, comme la couverture de glace influence les processus écologiques, l'érosion du littoral, la qualité de l'eau et la navigation hivernale, de meilleures prévisions de synchronisation et d'épaisseur de glace ont des conséquences pratiques en aval.
Comme pour toute étude de modélisation, il y a des mises en garde. Memari et l'équipe notent qu'ils n'incluent pas explicitement les rétroactions entre l'évolution de la couverture de glace et les modèles des eaux souterraines (par exemple, car la glace fond, les voies d'eau peuvent changer). De plus, les cas de flux extrême sont des limites supérieures hypothétiques; La fréquence et les moteurs de ces impulsions dans les aquifères réels des Grands Lacs restent incertains.
Une autre question est: quelles conditions géologiques et hydrogéologiques permettent des flux d'eau souterraine aussi intenses? Structure de perméabilité, connectivité aquifère, superposition de sédiments et gradients hydrauliques façonnent tous les grandes injections de chaleur des eaux souterraines peuvent devenir possibles, mais ces données souterraines ne sont pas toujours disponibles. Le sol qui se transforme à travers des mesures directes de la décharge des eaux souterraines sous la glace, les profils de température près des lits du lac et des enregistrements d'épaisseur de glace contribuera à limiter les régimes de flux des eaux souterraines plausibles.
L'idée que le réchauffement subtil des eaux souterraines peut déstabiliser de manière significative la glace du lac pourrait être surprenante, mais cette étude démontre que sur les longueurs hivernales, même une faible injection de chaleur souterraine peut accumuler des effets, en particulier lorsqu'il est amplifié par des impulsions de flux élevé. Dans les zones côtières des Grands Lacs, cela pourrait signifier une fusion plus tôt, une glace plus mince et une couverture hivernale inattendue et inattendue, qui comptent toutes pour les écosystèmes, les loisirs, les infrastructures et les rétroactions régionales climatiques.
En intégrant la dynamique des eaux souterraines dans les modèles de glace et hydrodynamiques, les chercheurs soulignent qu'aucun composant du budget de l'eau-chauffe ne devrait être simplifié ou omis, en particulier dans un monde réchauffant. Au fur et à mesure que le changement climatique se déroule, le sous-sol souvent négligé pourrait devenir un acteur critique dans la façon dont la glace se comporte et les impacts environnementaux et sociétaux plus larges.
Écrit pour vous par notre auteur Hannah Bird, édité par Gaby Clark, et vérifié et examiné par Robert Egan – cet article est le résultat d'un travail humain minutieux. Nous comptons sur des lecteurs comme vous pour garder le journalisme scientifique indépendant en vie. Si ce rapport vous importe, veuillez considérer un don (surtout mensuel). Vous obtiendrez un sans publicité compte comme un remerciement.
