L’auteur principal Chloe Gustafson et l’alpiniste Meghan Seifert installent des instruments géophysiques pour mesurer les eaux souterraines sous le Whillans Ice Stream en Antarctique occidental. Credit : Kerry Key/Lamont-Doherty Earth Observatory
L’étude prouve la valeur des techniques électromagnétiques dans un nouvel environnement polaire.
Des chercheurs ont détecté pour la première fois la présence d’eau souterraine sous un cours d’eau glaciaire de l’Antarctique. Cette découverte confirme ce que les scientifiques soupçonnaient déjà, mais qu’ils n’avaient pu vérifier jusqu’à présent.
Les scientifiques ont besoin de données provenant de toutes les parties de la calotte glaciaire de l’Antarctique pour comprendre comment le système fonctionne et comment il évolue dans le temps en fonction du climat. Cette recherche donne un aperçu d’une partie de la calotte glaciaire de l’Antarctique jusqu’alors inaccessible et inexplorée et permet aux scientifiques de mieux comprendre comment elle peut affecter le niveau de la mer.
“Les courants de glace sont importants car ils acheminent environ 90 % de la glace de l’Antarctique de l’intérieur vers les marges”, a déclaré Chloe Gustafson, chercheuse postdoctorale à l’Institut océanographique Scripps de l’UC San Diego. Les eaux souterraines à la base de ces flux de glace peuvent affecter la façon dont ils s’écoulent, influençant ainsi potentiellement la façon dont la glace est transportée hors du continent Antarctique.
Bien que l’équipe n’ait imagé qu’un seul ruisseau de glace, il y en a beaucoup plus en Antarctique. “Cela suggère qu’il y a probablement des eaux souterraines sous d’autres cours d’eau glaciaires en Antarctique”, a déclaré Gustafson.
Une équipe de scientifiques de l’Institut océanographique Scripps et de la Columbia University’s Lamont-Doherty Earth Observatory led the project. Gustafson and six co-authors reported their findings in the May 6, 2022, issue of the journal Science.
“It’s been a hypothesis from our understanding of how the planet works that there’s groundwater under Antarctica, but we haven’t been able to measure it before,” said study co-author Helen Amanda Fricker, a Scripps glaciologist and co-director of the Scripps Polar Center.
The researchers measured the groundwater during the 2018-2019 field season by using a ground-based geophysical electromagnetic (EM) method called magnetotellurics. The method uses variations in Earth’s electric and magnetic fields to measure subsurface resistivity. This study was the first time the method had been used to search for groundwater beneath a glacial ice stream.
Vidéo time-lapse montrant l’équipe de terrain installant une station magnétotellurique au lac sous-glaciaire Whillans en Antarctique occidental.
“Cette technique n’a généralement pas été utilisée dans les environnements polaires”, a déclaré Fricker. “C’est une belle démonstration de la puissance de la technique et de ce qu’elle peut apporter à notre connaissance non seulement de l’Antarctique, mais aussi du Groenland et d’autres régions glaciaires.”
La technique est utilisée en Antarctique depuis les années 1990, mais ces études visaient à imager les caractéristiques de la croûte terrestre à des profondeurs bien inférieures à 10 kilomètres (6,2 miles). Ces études ont toutefois eu pour effet de démontrer que les scientifiques pouvaient également utiliser la magnétotellurique sur la glace et la neige, a déclaré Gustafson.
“Nous avons pris leur exemple et l’avons appliqué à une question d’hydrologie peu profonde, à moins de cinq kilomètres (3,1 miles) de l’environnement subglaciaire.”
Au cours de la dernière décennie, des techniques électromagnétiques aéroportées ont été utilisées pour imager les eaux souterraines peu profondes dans les 100 à 200 mètres supérieurs (328 à 656 pieds) sous certains glaciers minces et les zones gelées en permanence des vallées sèches de McMurdo. Mais ces techniques ne peuvent voir qu’à travers environ 350 mètres de glace.
Le Whillans Ice Stream, où Gustafson et ses collègues ont recueilli les données, mesure environ 800 mètres d’épaisseur. Leurs nouvelles données comblent un large fossé entre les précédentes séries de données profondes et peu profondes.
Chloe Gustafson faisait partie d’une équipe de quatre personnes qui a passé six semaines à camper dans la glace et la neige pour recueillir des données sur le Whillans Ice Stream, de novembre 2018 à janvier 2019. Ensemble, ils ont surmonté les défis du travail dans les conditions de terrain de l’Antarctique, notamment les températures négatives et les vents violents.
“Nous avons pris des images depuis le lit de glace jusqu’à environ cinq kilomètres et même plus profondément”, a déclaré Kerry Key, professeur associé de sciences de la terre et de l’environnement à l’Université Columbia et ancien élève de Scripps Oceanography.
“J’espère que les gens commenceront à considérer l’électromagnétisme comme faisant partie de la boîte à outils géophysique standard de l’Antarctique”, a déclaré Gustafson.
Le site Science L’étude était basée sur des signaux magnétotelluriques générés naturellement et collectés passivement pour mesurer les variations de la résistivité électrique.
“Cela nous renseigne sur les caractéristiques des eaux souterraines car l’eau douce va apparaître très différemment de l’eau salée dans notre imagerie”, a déclaré Gustafson.
Les mesures sismiques ont été complétées par les mesures EM.données d’imagerie fournies par le co-auteur Paul Winberry de l’Université Central Washington. Ces données ont confirmé l’existence d’épais sédiments enfouis sous la glace et la neige sur les 60 miles qui séparent les relevés magnétotelluriques de l’équipe de terrain.
Les chercheurs ont calculé que s’ils pouvaient faire remonter l’eau souterraine des sédiments à la surface, elle formerait un lac d’une profondeur de 220 à 820 mètres (722 à 2 690 pieds).
“L’Empire State Building jusqu’à l’antenne fait environ 420 mètres de haut”, a déclaré Gustafson. “A l’extrémité peu profonde, notre eau irait jusqu’à la moitié de l’Empire State Building. À l’extrémité la plus profonde, c’est presque deux Empire State Buildings empilés l’un sur l’autre. C’est important car les lacs sous-glaciaires de cette région ont une profondeur de 2 à 15 mètres. Cela équivaut à un à quatre étages de l’Empire State Building.”
Les eaux souterraines peuvent exister dans des conditions similaires sur d’autres planètes ou lunes qui libèrent la chaleur de leur intérieur, a déclaré Key.
“Vous pouvez imaginer un couvercle gelé sur un intérieur liquide, qu’il s’agisse de sédiments complètement liquides ou saturés de liquide”, a-t-il dit. “Vous pouvez penser que ce que nous voyons en Antarctique est potentiellement analogue à ce que vous pourriez trouver sur Europe ou sur d’autres planètes ou lunes couvertes de glace.”
L’existence d’eaux souterraines sous-glaciaires a également des implications pour la libération de quantités importantes de carbone qui étaient auparavant stockées par des communautés de microbes adaptées à l’eau de mer.
“Le mouvement des eaux souterraines signifie qu’il y a un potentiel pour plus de carbone transporté vers l’océan que ce que nous avons considéré auparavant”, a déclaré Gustafson, qui a terminé son doctorat sous la supervision de Key à Columbia en 2020.
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Des scientifiques découvrent un système d’eau souterraine massif dans les sédiments sous la glace de l’Antarctique..
Référence : “Un système dynamique d’eaux souterraines salines cartographié sous un cours d’eau glaciaire de l’Antarctique” par Chloe D. Gustafson, Kerry Key, Matthew R. Siegfried, J. Paul Winberry, Helen A. Fricker, Ryan A. Venturelli et Alexander B. Michaud, 5 mai 2022, Science.
DOI : 10.1126/science.abm3301
La National Science Foundation et le Columbia University Electromagnetic Methods Research Consortium ont soutenu cette étude dans le cadre du projet Subglacial Antarctic Lakes Scientific Access. Parmi les co-auteurs figurent Matthew Siegfried, ancien élève de la Scripps Oceanography, Ryan A. Venturelli, de la Colorado School of Mines, et Alexander B. Michaud, du Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, dans le Maine.
