La fibre optique utilisée pour mesurer la température de la calotte glaciaire du Groenland


La fibre optique utilisée pour mesurer la température de la calotte glaciaire du Groenland

Câble à fibre (rouge) installé dans un forage de 1 km de profondeur à Store Glacier au Groenland. Crédit photo: Poul Christoffersen et l’équipe RESPONDER

Les scientifiques ont utilisé des capteurs à fibre optique pour obtenir les mesures les plus détaillées des propriétés de la glace jamais prises sur la glaciaire du Groenland. Leurs résultats seront utilisés pour créer des modèles plus précis du mouvement futur de la deuxième plus grande calotte glaciaire du monde alors que les effets du changement climatique continuent de s’accélérer.

L’équipe de recherche, dirigée par l’Université de Cambridge, a utilisé une nouvelle technique qui consiste à transmettre des impulsions laser dans un câble à fibre optique pour obtenir des lectures de température très détaillées de la de la calotte glaciaire à la , à plus de 1000 mètres plus bas.

Contrairement aux études précédentes, qui mesuraient la température par des capteurs séparés distants de plusieurs dizaines, voire centaines de mètres, la nouvelle approche permet de la température sur toute la longueur d’un câble à fibre optique installé dans un forage profond. Le résultat est un profil de température très détaillé qui contrôle la vitesse à laquelle la glace se déforme et la vitesse à laquelle la calotte glaciaire s’écoule.

On pense que la température de la calotte glaciaire varie sous la forme d’un gradient uniforme, les sections les plus chaudes se trouvant à la surface où le soleil frappe et à la base où elle est réchauffée par l’énergie géothermique et le frottement lorsque la calotte glaciaire traverse le paysage sous-glaciaire. vers l’.

Au lieu de cela, la nouvelle étude a révélé que la distribution de la température est beaucoup plus hétérogène et que les zones à déformation très localisée continuent de chauffer la glace. Cette déformation se concentre sur les frontières entre les glaces de différents âges et types. Bien que la cause exacte de cette déformation soit inconnue, elle peut être due à la poussière dans la glace des éruptions volcaniques précédentes ou à de grandes fractures qui pénètrent à des centaines de mètres sous la surface de la glace. Les résultats seront publiés dans la revue Progrès de la science.

La perte de masse de la calotte glaciaire du Groenland a été multipliée par six depuis les années 1980 et est maintenant le principal facteur de l’élévation du niveau de la mer dans le monde. Environ la moitié de cette perte de masse est due au ruissellement des eaux de fonte de surface, tandis que l’autre moitié est alimentée par le déversement de glace directement dans l’océan par les glaciers à courant rapide atteignant l’océan.

La fibre optique utilisée pour mesurer la température de la calotte glaciaire du Groenland

Quart de nuit: installation d’un câble en fibre optique dans un forage à 3h du matin après une longue journée de forage. Crédit photo: Adam Booth et l’équipe RESPONDER

Afin de déterminer comment la glace se déplace et quels processus thermodynamiques ont lieu à l’intérieur d’un glacier, des mesures précises de la température de la glace sont essentielles. Les conditions à la surface peuvent être détectées relativement facilement par des satellites ou des observations sur le terrain. Cependant, il est beaucoup plus difficile de déterminer ce qui se passe à la base de la calotte glaciaire d’un kilomètre d’épaisseur, et le manque d’observations est une cause majeure de l’incertitude dans la prévision de l’élévation du niveau de la mer dans le monde.

Le projet RESPONDER, financé par le Conseil européen de la recherche, s’attaque à ce problème en utilisant la technologie de forage à eau chaude pour percer Sermeq Kujalleq (magasin Glacier) et étudier directement l’environnement au pied de l’un des plus grands glaciers du Groenland.

« Nous prenons généralement des mesures à l’intérieur de la calotte glaciaire en attachant des capteurs à un câble que nous descendons dans un forage foré. Cependant, les observations que nous avons faites jusqu’à présent ne nous ont pas donné une image complète de ce qui se passe », a déclaré le coauteur. Dr. Poul Christoffersen du Scott Polar Research Institute, qui dirige le projet RESPONDER. « Plus les données que nous pouvons collecter sont précises, plus nous pouvons créer cette image, ce qui nous aide à faire des prédictions plus précises sur l’avenir de la calotte glaciaire. »

«Avec les méthodes d’acquisition typiques, nous ne pouvons attacher qu’une douzaine de capteurs au câble, donc les mesures sont très éloignées», a déclaré le premier auteur Robert Law, Ph.D. Candidat au Scott Polar Research Institute. « En utilisant un câble à fibre optique, le câble entier devient essentiellement un capteur, ce qui nous permet d’obtenir des mesures précises de la surface à la base. »

Pour installer le câble, les scientifiques ont d’abord dû percer le glacier, un processus mis au point par le professeur Bryn Hubbard et le Dr. Samuel Doyle de l’Université d’Aberystwyth. Après avoir abaissé le câble dans le trou de forage, l’équipe a envoyé des impulsions laser dans le câble, puis a enregistré les distorsions de la diffusion de la lumière dans le câble, qui varient en fonction de la température de la glace environnante. Des ingénieurs de l’Université de technologie de Delft aux Pays-Bas et des géophysiciens de l’Université de Leeds ont contribué à l’acquisition et à l’analyse des données.

« Cette technologie est une avancée majeure dans notre capacité à enregistrer les variations spatiales de la température de la glace sur de longues distances et avec une très haute résolution. Avec quelques ajustements supplémentaires, la technique peut également enregistrer d’autres propriétés telles que les déformations avec une résolution tout aussi élevée », a-t-il déclaré.

«Dans l’ensemble, nos lectures brossent un tableau bien plus diversifié que ne le prédisent les théories et les modèles actuels», a déclaré Christoffersen. « Nous avons constaté que la température est grandement affectée par la déformation de la glace dans les rubans et aux frontières entre les différents types de glace. Cela montre que de nombreux modèles, y compris le nôtre, ont des limites. »

Les chercheurs ont trouvé trois couches de glace dans le glacier. La couche la plus épaisse est constituée de glace froide et raide qui s’est formée au cours des 10 000 dernières années. En dessous, ils ont trouvé de la glace plus ancienne de la dernière période glaciaire, qui est plus molle et plus malléable en raison de la poussière emprisonnée dans la glace. Ce qui a le plus surpris les chercheurs, cependant, c’est une couche de glace chaude de plus de 70 mètres d’épaisseur au fond du glacier. «Nous connaissons ce type de glace chaude dans des environnements alpins beaucoup plus chauds, mais ici, le glacier crée de la chaleur en se déformant», a déclaré Law.

«Avec ces observations, nous commençons à mieux comprendre pourquoi la calotte glaciaire du Groenland perd de sa masse si rapidement et pourquoi la fonte des glaces est un mécanisme si important de perte de glace», a déclaré Christoffersen.

L’une des principales limites de notre compréhension du changement climatique est liée au comportement des glaciers et des calottes glaciaires. Les nouvelles données permettront aux chercheurs d’améliorer leurs modèles sur la façon dont la calotte glaciaire du Groenland se déplace actuellement, comment elle pourrait se déplacer à l’avenir et ce que cela signifiera pour l’élévation du niveau de la mer dans le monde.

La recherche a été partiellement financée par l’Union européenne.


Ce qu’une rivière glaciaire sur la calotte glaciaire du Groenland révèle


Plus d’information:
Thermodynamique d’un glacier de sortie du Groenland en mouvement rapide par mesure de température distribuée par fibre optique Progrès de la science (2021). DOI: 10.1126 / sciadv.abe7136

Fourni par l’Université de Cambridge

Citation: Fibre optique pour mesurer la température de la calotte glaciaire du Groenland (2021, 14 mai), consulté le 14 mai 2021 sur https://phys.org/news/2021-05-fibre-optics-temperature-greenland-ice- feuille. html

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