L’eau de fonte s’écoulant sous les glaciers de l’Antarctique pourrait accélérer leur retrait

Une nouvelle étude de modélisation de la calotte glaciaire de l’Antarctique réalisée par des scientifiques de la Scripps Institution of Oceanography de l’UC San Diego suggère que l’eau de fonte s’écoulant vers la mer depuis le dessous des glaciers de l’Antarctique leur fait perdre de la glace plus rapidement.

Les simulations du modèle suggèrent que cet effet est suffisamment important pour apporter une contribution significative à l’élévation mondiale du niveau de la mer dans des scénarios d’émissions de gaz à effet de serre élevées.

La perte supplémentaire de glace provoquée par cette eau de fonte s’écoulant vers la mer depuis le dessous des glaciers de l’Antarctique n’est actuellement pas prise en compte dans les modèles générant des projections majeures d’élévation du niveau de la mer, telles que celles du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat (GIEC). Si ce processus s’avère être un facteur important de perte de glace sur l’ensemble de la calotte glaciaire de l’Antarctique, cela pourrait signifier que les projections actuelles sous-estiment le rythme de l’élévation mondiale du niveau de la mer dans les décennies à venir.

“Savoir quand et dans quelle mesure le niveau de la mer va augmenter est essentiel pour le bien-être des communautés côtières”, a déclaré Tyler Pelle, auteur principal de l’étude et chercheur postdoctoral à Scripps. “Des millions de personnes vivent dans des zones côtières de basse altitude et nous ne pouvons pas préparer adéquatement nos communautés sans des projections précises de l’élévation du niveau de la mer.”

L’étude, publiée le 27 octobre dans Avancées scientifiquesa modélisé le retrait de deux glaciers de l’Antarctique de l’Est jusqu’en 2300 selon différents scénarios d’émissions et projeté leurs contributions à l’élévation du niveau de la mer. Contrairement aux précédents modèles de calotte glaciaire de l’Antarctique, celui-ci incluait l’influence de cet écoulement d’eau de fonte depuis le dessous des glaciers vers la mer, connu sous le nom de décharge sous-glaciaire.

Les deux glaciers sur lesquels l’étude s’est concentrée, nommés Denman et Scott, contiennent ensemble suffisamment de glace pour provoquer une élévation du niveau de la mer de près de 1,5 mètre (5 pieds). Dans un scénario d’émissions élevées (scénario SSP5-8.5 du GIEC, qui ne suppose aucune nouvelle politique climatique et présente une augmentation de 20 % des émissions de CO₂ émissions d’ici 2100), le modèle a révélé que les décharges sous-glaciaires ont augmenté la contribution de ces glaciers à l’élévation du niveau de la mer de 15,7 %, passant de 19 millimètres (0,74 pouces) à 22 millimètres (0,86 pouces) en 2300.

Ces glaciers, adjacents les uns aux autres, se trouvent au sommet d’une tranchée continentale de plus de trois kilomètres de profondeur ; Une fois que leur retrait aura atteint la pente abrupte de la tranchée, leur contribution à l’élévation du niveau de la mer devrait s’accélérer considérablement. Avec l’influence supplémentaire de la décharge sous-glaciaire, le modèle a révélé que les glaciers ont dépassé ce seuil environ 25 ans plus tôt que sans ce seuil.

“Je pense que cet article est un signal d’alarme pour la communauté de la modélisation. Il montre que vous ne pouvez pas modéliser avec précision ces systèmes sans prendre en compte ce processus”, a déclaré Jamin Greenbaum, co-auteur de l’étude et chercheur au Scripps’ Institute. de géophysique et de physique planétaire.

Un élément clé à retenir, au-delà du rôle peu étudié des décharges sous-glaciaires dans l’accélération de l’élévation du niveau de la mer, est l’importance de ce que l’humanité fera dans les décennies à venir pour maîtriser les émissions de gaz à effet de serre, a déclaré Greenbaum. Les scénarios de faibles émissions du modèle n’ont pas montré que les glaciers se retiraient complètement dans la tranchée et ont évité les contributions incontrôlées qui en résultent à l’élévation du niveau de la mer.

“S’il y a une histoire apocalyptique ici, ce n’est pas une décharge sous-glaciaire”, a déclaré Greenbaum. “La véritable histoire apocalyptique, ce sont toujours les émissions et l’humanité est toujours celle qui a le doigt sur le bouton.”

En Antarctique, l’eau de fonte sous-glaciaire est générée par la fonte qui se produit là où la glace repose sur le substrat rocheux continental. Les principales sources de chaleur qui font fondre la glace en contact avec le sol sont le frottement de la glace qui s’écrase sur le substrat rocheux et la chaleur géothermique provenant de l’intérieur de la Terre qui s’infiltre à travers la croûte.

Des recherches antérieures suggéraient que l’eau de fonte sous-glaciaire est une caractéristique commune des glaciers du monde entier et qu’elle est présente sous plusieurs autres glaciers massifs de l’Antarctique, notamment le tristement célèbre glacier Thwaites dans l’Antarctique occidental.

On pense que lorsque les décharges sous-glaciaires s’écoulent vers la mer, elles accélèrent la fonte de la plate-forme de glace du glacier, une longue langue de glace flottante qui s’étend vers la mer au-delà de la dernière partie du glacier encore en contact avec le sol solide (connue sous le nom d’échouement). doubler).

On pense que les décharges sous-glaciaires accélèrent la fonte des plates-formes de glace et le retrait des glaces en provoquant un mélange océanique qui entraîne une chaleur océanique supplémentaire dans la cavité située sous la plate-forme de glace flottante d’un glacier. Cette fonte accrue de la banquise entraîne ensuite une accélération du glacier en amont, ce qui peut entraîner une élévation du niveau de la mer.

L’idée selon laquelle les décharges sous-glaciaires provoquent une fonte supplémentaire de la banquise est largement acceptée dans la communauté scientifique, a déclaré Greenbaum. Mais il n’a pas été inclus dans les projections de l’élévation du niveau de la mer parce que de nombreux chercheurs ne savaient pas si l’effet du processus était suffisamment important pour augmenter l’élévation du niveau de la mer, principalement parce que ses effets sont localisés autour de la banquise du glacier.

Pelle a déclaré que les décharges sous-glaciaires étaient apparues sur son radar en 2021 lorsque lui et ses collègues ont observé que la plate-forme de glace du glacier Denman, dans l’est de l’Antarctique, fondait plus rapidement que prévu compte tenu des températures océaniques locales. Curieusement, la plate-forme de glace du glacier Scott, voisin de Denman, fondait beaucoup plus lentement malgré des conditions océaniques pratiquement identiques.

Pour tester si les décharges sous-glaciaires pourraient concilier les taux de fonte observés sur les plateformes de glace Denman et Scott, ainsi que si l’eau de fonte sous-glaciaire pourrait accélérer l’élévation du niveau de la mer, l’équipe a combiné des modèles pour trois environnements différents : la calotte glaciaire, l’espace entre les glaces. la feuille et le substrat rocheux, et l’océan.

Une fois que les chercheurs ont fusionné les trois modèles en un seul, ils ont effectué une série de projections jusqu’à 2 300 à l’aide d’un superordinateur de la NASA.

Les projections présentaient trois scénarios principaux : un contrôle sans réchauffement supplémentaire des océans, une trajectoire à faibles émissions (SSP1-2.6) et une trajectoire à émissions élevées (SSP5-8.5). Pour chaque scénario, les chercheurs ont créé des projections avec et sans l’effet des niveaux actuels de décharge sous-glaciaire.

Les simulations du modèle ont révélé que l’ajout de décharges sous-glaciaires conciliait les taux de fonte observés aux glaciers Denman et Scott. Quant à la raison pour laquelle le glacier Scott fondait beaucoup plus lentement que Denman, Pelle a déclaré que le modèle montrait qu ‘”un fort canal de décharge sous-glaciaire s’écoulait à travers la ligne de mise à la terre du glacier Denman, tandis qu’un canal de décharge plus faible s’écoulait à travers la ligne de mise à la terre du glacier Scott”. La force du canal de décharge à Denman, a expliqué Pelle, était à l’origine de sa fonte rapide.

Pour les modèles de contrôle et à faibles émissions, les contributions à l’élévation du niveau de la mer étaient proches de zéro, voire légèrement négatives, avec ou sans décharge sous-glaciaire à 2300. Mais dans un scénario d’émissions élevées, le modèle a révélé que l’évacuation sous-glaciaire augmentait le niveau de la mer. augmenter la contribution de ces glaciers de 19 millimètres (0,74 pouces) à 22 millimètres (0,86 pouces) en 2300.

Dans le scénario d’émissions élevées incluant une décharge sous-glaciaire, les glaciers Denman et Scott se sont retirés dans la tranchée de trois kilomètres de profondeur située en dessous d’eux vers 2240, environ 25 ans plus tôt que dans les essais du modèle sans décharge sous-glaciaire. Une fois que les lignes d’échouage des glaciers Denman et Scott se retirent au-delà du rebord de cette tranchée, leur contribution annuelle à l’élévation du niveau de la mer explose, atteignant un pic de 0,33 millimètres (0,01 pouce) par an, soit environ la moitié du niveau de la mer annuel actuel. augmenter la contribution de l’ensemble de la calotte glaciaire de l’Antarctique.

Pelle a déclaré que la pente raide de la tranchée était à l’origine de cette augmentation explosive de la contribution à l’élévation du niveau de la mer. À mesure que le glacier recule vers le bas de la pente, sa plate-forme de glace commence à perdre des plaques de glace de plus en plus épaisses à partir de son bord avant. Ce processus de perte de glace dépasse rapidement l’accumulation de glace à l’intérieur de la calotte glaciaire, provoquant un retrait supplémentaire des glaces. Les chercheurs appellent ce processus « instabilité de la calotte glaciaire marine » et il peut favoriser une perte explosive de glace de glaciers comme Denman et Scott.

Les chercheurs qualifient la topographie telle que la tranchée située sous les glaciers Denman et Scott de pente rétrograde et craignent que cela ne crée une boucle de rétroaction positive par laquelle le retrait glaciaire engendre davantage de retrait. De vastes zones de la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental, telles que le glacier Thwaites, présentent également des pentes rétrogrades qui, bien que moins spectaculaires que la tranchée Denman-Scott, contribuent à faire craindre une instabilité plus large de la calotte glaciaire.

“Des eaux de fonte sous-glaciaires ont été déduites sous la plupart, sinon tous les glaciers de l’Antarctique, y compris les glaciers Thwaites, Pine Island et Totten”, a déclaré Pelle. “Tous ces glaciers reculent et contribuent à l’élévation du niveau de la mer et nous montrons que les décharges sous-glaciaires pourraient accélérer leur retrait. Il est urgent de modéliser ces autres glaciers afin de pouvoir comprendre l’ampleur de l’effet des décharges sous-glaciaires. “.

C’est exactement ce que font les chercheurs à l’origine de cette étude. Pelle a déclaré qu’ils étaient en train de soumettre une proposition de recherche pour étendre leur nouveau modèle à l’ensemble de la calotte glaciaire de l’Antarctique.

Les futures itérations du modèle pourraient également tenter de coupler l’environnement sous-glaciaire avec les modèles de calotte glaciaire et d’océan afin que la quantité d’eau de fonte sous-glaciaire réponde dynamiquement à ces autres facteurs. Greenbaum a déclaré que la version actuelle de leur modèle maintenait la quantité d’eau de fonte sous-glaciaire constante tout au long de l’exécution du modèle, et que le fait de le faire réagir dynamiquement à l’environnement environnant rendrait probablement le modèle plus fidèle à la réalité.

“Cela signifie également que nos résultats constituent probablement une estimation prudente de l’effet de la décharge sous-glaciaire”, a déclaré Greenbaum. “Cela dit, nous ne pouvons pas encore dire dans quelle mesure l’élévation du niveau de la mer sera accélérée par ce processus. Espérons que ce ne soit pas trop.”

Une partie du prochain travail de terrain de Greenbaum en Antarctique, soutenu par la NSF et la NASA, vise à étudier directement les impacts de l’eau de fonte sous-glaciaire sur les calottes glaciaires de l’Antarctique de l’Est et de l’Ouest.

En collaboration avec la Division australienne de l’Antarctique et l’Institut coréen de recherche polaire, Greenbaum et ses collaborateurs visiteront les plates-formes de glace des glaciers Denman et Thwaites, respectivement dans l’Est et l’Ouest de l’Antarctique, à la recherche de preuves directes que l’eau douce sous-glaciaire se déverse dans l’océan en dessous. les plates-formes de glace des glaciers et contribuant au réchauffement.

Outre Pelle et Greenbaum, l’étude a été co-écrite par Christine Dow de l’Université de Waterloo, Adrian Jenkins de l’Université de Northumbria et Mathieu Morlighem du Dartmouth College.