Debout sur un glacier rocheux, c’est ce que Tyler Meng imagine que ce serait de se tenir à la surface de Mars. Le paysage aride et ridé du glacier ressemble à Silly Putty qui est tombé sous l’attraction de la gravité, offrant peu d’indices qu’un géant gelé et chargé de débris se cache sous la surface.
Les glaciers rocheux sont ainsi nommés car, contrairement aux glaciers de glace pure, ils sont un mélange d’eau gelée, de sable et de roches. On les trouve généralement au pied de flancs de montagnes escarpés ou de falaises qui ont lentement laissé tomber des débris rocheux, qui se mélangent ensuite à la glace des glaciers et à la fonte des neiges regelée. Des glaciers rocheux existent également sur Mars.
Meng, qui poursuit un doctorat en sciences planétaires à l’Université de l’Arizona, avec une mineure en géosciences, est l’auteur principal d’une étude dans le Journal de glaciologie qui décrit une nouvelle méthode pour déterminer l’épaisseur de glace des glaciers rocheux et le rapport glace/débris, permettant des mesures plus précises de ces glaciers qu’auparavant. Meng et son conseiller et co-auteur Jack Holt, professeur de sciences planétaires et de géosciences à l’UArizona, ont utilisé ces informations pour créer des cartes de quatre glaciers rocheux au Colorado, au Wyoming et en Alaska.
Leurs travaux, et les travaux futurs qui utilisent cette méthode, permettront aux scientifiques de mieux comprendre les ressources en eau sur Terre et sur Mars, ainsi que la résistance de ce type de glace enfouie au changement climatique sur les deux planètes.
Plus que de la glace
Les glaciers rocheux sont cachés et isolés par des débris au-dessus de la glace, et leur mouvement est affecté par les roches emprisonnées à l’intérieur.
« Vous pouvez considérer les rochers comme une couverture isolante », a déclaré Meng. « Au-delà d’une certaine épaisseur, l’isolation arrête essentiellement la fonte, permettant à la glace d’être préservée et de se déplacer ou de couler lentement dans une vallée à des altitudes et des températures où la glace propre peut être complètement fondue. »
Les glaciers de glace pure et les glaciers rocheux peuvent se déplacer à travers les paysages, très lentement. Cependant, les débris des glaciers rocheux les font couler encore plus lentement que les glaciers de glace, car l’inclusion de roches les rend beaucoup plus rigides. Ils sont également généralement plus petits et plus minces que les glaciers de glace propres, mesurant seulement quelques kilomètres de long, quelques centaines ou milliers de pieds de large et entre 50 et 200 pieds d’épaisseur. Les glaciers de glace, en revanche, peuvent mesurer plusieurs kilomètres de long et des milliers de pieds d’épaisseur.
Pour collecter les informations nécessaires pour cartographier et caractériser ces géants cachés, Meng, Holt, d’autres étudiants de l’UArizona et leurs collaborateurs ont parcouru un terrain montagneux accidenté dans l’ouest des États-Unis, transportant des ordinateurs, des batteries et des antennes radar sur le dos. Ils ont navigué dans des paysages escarpés avec des roches meubles dont la taille allait des grains de sable aux maisons.
« Se tenir debout sur un glacier couvert de débris est assez surréaliste, car c’est dans cette zone aride à flanc de montagne, et chaque glacier rocheux semble avoir sa propre personnalité », a déclaré Meng. « Ils ont chacun un type de substrat rocheux légèrement différent fournissant des débris, et la géométrie de la vallée dicte sa forme et son apparence. »
À l’aide de deux configurations d’antenne différentes, les chercheurs ont utilisé un radar pénétrant dans le sol pour mesurer à la fois la vitesse de l’onde radar et l’angle auquel l’onde était réfléchie par le sous-sol. De la même manière que les humains ont deux yeux pour voir en trois dimensions, deux configurations d’antennes ont permis aux chercheurs de mieux calculer les dimensions du glacier rocheux. Ils ont également estimé le rapport de la glace à la roche à chaque emplacement de relevé en utilisant la vitesse des ondes radar.
« Dans le processus, nous avons fait les estimations les plus précises de la géométrie et de la composition des glaciers rocheux à ce jour », a déclaré Meng.
De la Terre à Mars
Comprendre les glaciers rocheux sur Terre est important car ce sont essentiellement des réservoirs d’eau, a déclaré Meng.
« Notre recherche nous donne une meilleure idée du bilan hydrique total dans les régions montagneuses, où les principaux fleuves ont leur source », a-t-il déclaré. « La neige est une accumulation d’année en année qui couvre tout un paysage, alors que les glaciers rocheux sont un réservoir d’eau plus localisé mais permanent qui stocke en fait de l’eau pour ce qui pourrait être des centaines à quelques milliers d’années. »
Les chercheurs poursuivent leur analyse pour comprendre les signes du changement climatique passé dans les glaciers rocheux et comment ces glaciers ont pu évoluer au cours des changements climatiques passés.
« En ayant une carte de l’épaisseur des débris et de la concentration de glace, nous pouvons essentiellement caractériser la capacité des glaciers rocheux à résister aux effets d’un réchauffement climatique par rapport aux glaciers de glace propres », a déclaré Meng.
D’autres scientifiques ont également reconnu les glaciers rocheux sur Mars par leur modèle d’écoulement ridée semblable à du mastic, avant même que les données radar ne les détectent.
Les glaciers rocheux martiens ne sont toujours pas bien compris, a déclaré Meng, mais on sait qu’ils se trouvent généralement entre 30 et 60 degrés de latitude dans les deux hémisphères de la planète et qu’ils sont beaucoup plus anciens que la glace polaire martienne.
« Ces glaciers rocheux martiens sont également des cibles potentielles pour les ressources en eau sur Mars, car ils sont en fait très grands par rapport à ceux de la Terre, comme des centaines de mètres d’épaisseur », a déclaré Meng. « Ils sont également plus accessibles que la glace polaire car les engins spatiaux n’auraient pas à changer autant d’orbites que s’ils devaient atterrir sur un poteau, ce qui nécessite beaucoup plus de carburant pour l’atteindre. »
L’un des grands défis pour les scientifiques est de déterminer l’épaisseur de la roche de surface recouvrant les glaciers de Mars. S’il y a 30 pieds de roche et de débris sur un terrain martien accidenté, cela ne vaut peut-être pas la peine pour les astronautes d’essayer d’accéder à la glace pour les ressources en eau, a déclaré Meng.
« Notre objectif est d’utiliser ces glaciers rocheux sur Terre comme analogues pour les processus sur Mars », a déclaré Meng. « En cartographiant les schémas d’épaisseur des débris sur Terre, nous essayons de comprendre comment cette épaisseur de débris peut également varier sur Mars. De plus, en apprenant les différences de paramètres d’écoulement entre la glace propre et la glace riche en débris, cela aidera les simulations pour le cas martien aussi. »
À l’avenir, le groupe de recherche de Holt continue d’effectuer des mesures similaires à l’aide d’un radar de surface tout en collectant de nouvelles données à l’aide de drones. Cette collecte de données par drone aidera le groupe à acquérir une compréhension plus complète de l’écoulement des glaciers rocheux et des caractéristiques du sous-sol, tout en testant de nouvelles méthodes géophysiques qui pourraient être utilisées dans l’exploration future de la Terre et de Mars.
Plus d’information:
Tyler M. Meng et al, Composition et structure du glacier rocheux à partir de l’analyse de la vitesse des ondes radio avec correction du réflecteur plongeant, Journal de glaciologie (2022). DOI : 10.1017/jog.2022.90