Les lacs qui se forment sur les plates-formes de glace de l’Antarctique peuvent creuser des fissures verticales profondément dans la glace, augmentant le risque d’effondrement de la plate-forme de glace et d’élévation du niveau de la mer. Cependant, si l’eau de fonte s’accumule dans certaines zones et s’écoule assez rapidement, elle peut temporairement stabiliser la banquise malgré un réchauffement accru, selon les chercheurs.
« La glace de l’Antarctique est la plus grande source potentielle d’élévation du niveau de la mer », a déclaré Luke Trusel, professeur adjoint de géographie à Penn State. « Un pourcentage important de la population mondiale vit le long du littoral dans de nombreuses grandes villes du monde. Nous devons comprendre ce qui arrive aux plates-formes de glace pour faire des prévisions fiables sur le niveau de la mer. L’eau peut déstabiliser les plates-formes de glace, nous devons donc savoir où les l’eau est et ce qu’elle fait. »
Trusel et ses collègues ont utilisé des données satellitaires pour étudier un lac d’eau de fonte qui se forme chaque année à la ligne d’échouement de la plate-forme de glace d’Amery dans l’Antarctique oriental. La ligne d’échouement est une zone où la glace terrestre se transforme en une plate-forme de glace flottante qui empêche la glace terrestre de s’écouler dans l’océan et d’élever le niveau de la mer. La glace dans cette zone a tendance à plonger et à former un bassin qui pourrait recueillir de l’eau.
Les chercheurs ont découvert qu’une forte activité des marées peut faciliter la fracturation induite par l’eau, ou hydrofracturation, au niveau de la ligne d’échouement et entraîner le drainage rapide du lac d’eau de fonte, souvent en quelques jours seulement. Le drainage rapide empêche plus d’eau de s’accumuler et de se répandre sur la plate-forme de glace, où l’hydrofracturation augmenterait le potentiel d’effondrement. L’équipe a fait part de ses conclusions, qui sont les premières observations de marées pouvant forcer le drainage d’un lac à grande échelle, en Lettres de recherche géophysique.
Les chercheurs ont utilisé les données des satellites Landsat 8 et Sentinel-1 pour mesurer et suivre les changements apportés au lac pendant les étés australs – de décembre à février – de 2014 à 2020. Alors qu’une caméra ordinaire capture trois longueurs d’onde différentes – rouge, vert et bleu – pour créer une image, les instruments Landsat 8 peuvent capturer jusqu’à 11 bandes spectrales, y compris la lumière infrarouge. Les données sont renvoyées sous forme de pixels pouvant être utilisés pour cartographier la glace, l’eau, la neige et la couverture nuageuse.
Zhuolai Pan, étudiant à la maîtrise en géographie à Penn State qui a commencé le projet en tant qu’étudiant de premier cycle, a utilisé les images Landsat pour calculer le volume du lac et créer une série chronologique qui montre la formation et le drainage du lac. Pour affiner la série chronologique, l’équipe a utilisé les données des capteurs d’imagerie radar des satellites jumeaux Sentinel-1. Les instruments ont une résolution d’environ 33 pieds et peuvent voir à travers la couverture nuageuse, ce qui est important car les côtes de l’Antarctique peuvent souvent voir plus de nuages que de soleil.
Une vue 3D d’un lac de surface drainé sur la plate-forme de glace d’Amery, dans l’Antarctique de l’Est. La vidéo montre un cratère de 26 pieds de profondeur et 800 pieds de large, des blocs de glace qui auraient pu rentrer à l’intérieur du cratère et une fracture de plus de 2 100 pieds de long. Ces détails indiquent que l’eau s’est très probablement drainée verticalement, à environ 2 000 pieds à travers la glace. Crédit : Luke Trusel, Penn State.
Le lac mesure environ 2,3 miles carrés et 65 pieds de profondeur et contient près de 5 milliards de gallons d’eau, suffisamment d’eau pour remplir près de 7 200 piscines de taille olympique, selon les chercheurs.
« Ce n’est pas le plus grand lac, mais il est appréciable en termes de taille », a déclaré Trusel. « L’aspect le plus intéressant est la dynamique, la façon dont l’eau change si rapidement et ce que cela peut signifier pour notre compréhension de la stabilité de la banquise. Un grand volume d’eau est en train de disparaître, et cela se produit presque chaque année. »
Les chercheurs ont également examiné des images satellite à haute résolution prises après un événement de drainage. Les images montraient le fond du lac, où l’équipe a trouvé un cratère de 26 pieds de profondeur et de 800 pieds de large, des blocs de glace qui se seraient insérés à l’intérieur du cratère et une fracture de plus de 2 100 pieds de long. Ces détails indiquent que l’eau s’est très probablement drainée verticalement, à environ 2 000 pieds à travers la glace.
« C’est la vue la plus détaillée d’un lac fraîchement drainé en Antarctique que nous ayons jamais eue », a déclaré Trusel, notant que les caractéristiques qu’ils ont repérées n’avaient été observées auparavant que sur la calotte glaciaire du Groenland beaucoup plus chaude et plus humide.
Les événements de drainage se sont produits au moins une fois par an pour toutes les années avec suffisamment d’observations et à différents volumes de lac. Étant donné que le drainage semblait se produire à différents volumes et profondeurs de lac, ainsi qu’autour de la nouvelle et de la pleine lune, les chercheurs pensent que la forte activité des marées, au lieu du volume d’eau, était la force motrice.
La Terre connaît une activité de marée plus forte lorsque la Terre, la Lune et le Soleil s’alignent, a déclaré Trusel. Parce qu’elles flottent dans l’océan, les plates-formes de glace sont soumises à l’activité des marées. Les marées hautes plus hautes forcent la banquise à fléchir et génèrent des contraintes à la base de la glace qui pourraient provoquer une fracture. Les basses marées basses forcent la plate-forme de glace à fléchir vers le bas, transférant ces contraintes à la surface de la glace et étendant potentiellement la fracture. Le poids de l’eau à la surface pourrait provoquer la propagation de la fracture à travers la banquise jusqu’à ce qu’une ouverture se forme et draine le lac.
« Les marées fléchissent la banquise à la ligne d’échouement », a déclaré Trusel. « La glace agit comme une charnière de porte, avec des contraintes se produisant en haut et en bas de la glace là où ce lac existe. »
Les scientifiques pensent que l’eau à la surface est un précurseur de l’effondrement de la banquise. Ils ont observé le phénomène lorsque la plate-forme de glace Larsen B s’est effondrée en 2002. Cependant, des données Landsat antérieures montrent que le lac dans l’étude actuelle se forme dès les années 1970, a déclaré Pan. Bon nombre des mêmes lacs qui parsèment aujourd’hui la banquise apparaissent également sur des photographies aériennes prises par la marine américaine peu après la Seconde Guerre mondiale.
« En revisitant les observations d’images aériennes et de données satellitaires plus anciennes, nous voyons qu’une grande partie de cette eau existe depuis un certain temps, et il y a donc plus de nuances ici », a déclaré Trusel. « L’eau et la glace peuvent coexister dans certains cas. Nous devons en savoir plus sur l’impact exact sur la stabilité de la banquise. »
La prochaine étape des scientifiques consiste à déterminer si d’autres lacs de la région se drainent en raison de l’activité des marées. L’étude actuelle soulève de nombreuses questions, a déclaré Trusel, mais elle représente la dernière étape pour mieux comprendre la stabilité de la banquise et la vitesse à laquelle les mers monteront à l’avenir.
Mahsa Moussavi, chercheuse postdoctorale officielle au National Snow and Ice Data Center et maintenant chez General Motors, a également contribué à l’étude.
Luke D. Trusel et al, Hydrofracture répétée induite par les marées d’un lac supraglaciaire dans la zone d’échouement de la plate-forme de glace d’Amery, Lettres de recherche géophysique (2022). DOI : 10.1029/2021GL095661