La dernière technologie pour étudier les glaciers tient dans un sac à dos et peut être transportée dans des montagnes escarpées.
Des chercheurs de l’Université de l’Oregon ont développé un outil portable qui utilise des lasers pour mesurer la composition de la glace glaciaire, des données qui peuvent aider à déterminer la vitesse à laquelle cette glace fond. L’instrument peut être utilisé pour étudier les glaciers dans des régions sauvages éloignées, comme celles des Cascades de l’Oregon. Et cela peut aider à vérifier les données satellitaires collectées sur les plus grands glaciers, comme ceux du Groenland et de l’Antarctique.
Les glaciers de l’Oregon alimentent les ruisseaux de montagne et protègent contre la sécheresse à la fin de l’été une fois que le manteau neigeux annuel a fondu. Leur eau de fonte froide est un habitat important pour le saumon et la truite. Mais les glaciers rétrécissent maintenant rapidement, une victime de plus du changement climatique mondial.
« Étudier comment ces glaciers réagissent au changement climatique est important pour informer la gestion des débits d’eau à la fois maintenant et à l’avenir », a déclaré Johnny Ryan, géographe à l’UO qui utilise le nouvel instrument dans ses recherches. De plus, « la plupart des processus que nous observons sur les glaciers de l’Oregon se produisent également sur les calottes glaciaires du Groenland et de l’Antarctique. Les glaciers de l’Oregon constituent un excellent terrain d’essai pour de nouvelles instruments et hypothèses. »
Les glaciers de l’Oregon sont situés en hauteur sur les pentes des montagnes, dans des zones sauvages désignées où les véhicules motorisés sont interdits. Les scientifiques ne peuvent pas voyager avec de l’équipement lourd par hélicoptère et motoneige, comme ils le font souvent pour collecter des échantillons de glace à analyser. Le nouvel outil est un moyen de collecter des données dans les zones sauvages, a déclaré Markus Allgaier, un physicien postdoctoral qui a dirigé la conception de l’outil. Lui et ses collègues décrivent l’évolution dans un article récent du Journal de glaciologie.
L’instrument d’Allgaier fonctionne en mesurant la façon dont la lumière se diffuse à partir de la glace glaciaire. L’appareil projette un faisceau laser dans la glace. Les photons, minuscules particules de lumière, rebondissent lorsqu’ils heurtent des bulles d’air dans la glace. En mesurant le temps qu’il faut aux photons frappant la glace pour atteindre un détecteur placé à quelques mètres de là, les scientifiques peuvent estimer la composition de la glace.
Et cela, à son tour, peut donner un aperçu de la quantité de lumière solaire que le glacier absorbe par rapport à la réflexion. Ces données peuvent être utilisées pour estimer la vitesse à laquelle la glace fond.
Allgaier construit généralement des appareils qui sont utilisés dans un laboratoire. En cas de dysfonctionnement, il peut s’adapter sur place. Concevoir quelque chose qui serait utilisé dans des environnements distants était un nouveau défi, a-t-il déclaré.
« Avec la recherche sur le terrain, cela doit fonctionner », a déclaré Allgaier. « Vous n’aurez peut-être pas une autre chance de revenir et d’essayer à nouveau. »
Lui et ses collègues ont dû attendre la fenêtre météo parfaite pour tester l’instrument dans les montagnes : assez tard en été pour que la neige ait fondu à la surface du glacier pour exposer la glace nue, mais avant que de la nouvelle neige ne commence à tomber. Alors d’abord, ils ont fait beaucoup de tests à la fois en laboratoire et en ville, pour peaufiner l’instrument.
Lorsque les conditions étaient réunies, Allgaier et ses collègues ont transporté l’appareil jusqu’au Crook Glacier sur Broken Top, à environ 5 km de marche. L’appareil principal lui-même tient dans une mallette de transport en plastique rigide de la taille d’une petite mallette. Tout l’équipement nécessaire pour le faire fonctionner, comme des batteries et des câbles supplémentaires, peut être parcouru par quelques personnes avec des sacs à dos.
Ils s’installent près du bord du glacier pendant la journée. La lumière ambiante perturbe la collecte de données, ils ont donc attendu le coucher du soleil pour allumer les lasers et commencer prudemment à effectuer des mesures sur la glace froide.
Lors d’un deuxième voyage plus long, ils ont parcouru le glacier Collier de North Sister, qui a été étudié par des chercheurs de l’UO pendant près de 100 ans. Il porte le nom de George H. Collier, ancien professeur de physique et de chimie à l’UO et l’un des premiers membres du corps professoral de l’université.
L’équipe a utilisé le financement de l’initiative Renee James Seed Grant du Bureau du vice-président pour la recherche et l’innovation pour développer le prototype de dispositif. Maintenant, ils prévoient d’aller plus loin.
« Nous espérons amener l’instrument en Alaska et utiliser ce que nous avons appris pour faire la vérification au sol des données satellitaires », a déclaré Allgaier, ce qui signifie que cela garantirait que les données collectées sur les glaciers à partir des satellites correspondent à ce qui est enregistré sur le terrain. .
Ryan et la géographe de l’UO Sarah Cooley travaillent avec les données du satellite ICESat-2 de la NASA, qui mesure les changements d’altitude des calottes glaciaires et de la glace de mer.
« Il existe des incertitudes quant à la pénétration du laser dans la neige et la glace », a déclaré Ryan. « Nous pouvons utiliser notre instrument au sol pour mesurer la profondeur de pénétration du laser vert dans la neige et la glace et voir comment elle varie dans l’espace et dans le temps. »
Cela leur permettra de corriger les inexactitudes dans ces données satellitaires, améliorant ainsi les prévisions climatiques et environnementales qui en sont basées.
Markus Allgaier et al, Mesure directe des propriétés optiques de la glace de glacier à l’aide d’un LiDAR diffus à comptage de photons, Journal de glaciologie (2022). DOI : 10.1017/jog.2022.34