Selon une nouvelle étude menée par des chercheurs du MIT, le taux d’écoulement de la glace des glaciers est plus sensible au stress qu’on ne le pensait auparavant. Cette étude remet en question une équation vieille de plusieurs décennies utilisée pour décrire l’écoulement de la glace. Sur la photo, le champ de glace Juneau en Alaska. Crédit : Joanna Millstein
Les changements apportés à une équation clé du flux de glace pourraient affiner les estimations de l’élévation du niveau de la mer.
Le taux d’écoulement de la glace des glaciers est plus sensible au stress que ce qui avait été calculé auparavant, selon une nouvelle étude menée par MIT researchers that upends a decades-old equation used to describe ice flow.
Stress in this case refers to the forces acting on Antarctic glaciers, which are primarily influenced by gravity that drags the ice down toward lower elevations. Viscous glacier ice flows “really similarly to honey,” explains Joanna Millstein, a PhD student in the Glacier Dynamics and Remote Sensing Group and lead author of the study. “If you squeeze honey in the center of a piece of toast, and it piles up there before oozing outward, that’s the exact same motion that’s happening for ice.”
The revision to the equation proposed by Millstein and her colleagues should improve models for making predictions about the ice flow of glaciers. This could help glaciologists predict how Antarctic ice flow might contribute to future sea level rise, although Millstein said the equation change is unlikely to raise estimates of sea level rise beyond the maximum levels already predicted under climate change models.
Joanna Millstein, pictured here in Western Greenland. Viscous glacier ice flows “really similarly to honey,” explains Millstein. Credit: Robert Hawley
“Almost all our uncertainties about sea level rise coming from Antarctica have to do with the physics of ice flow, though, so this will hopefully be a constraint on that uncertainty,” she says.
Other authors on the paper, published in Nature Communications Earth and Environment, include Brent Minchew, the Cecil and Ida Green Career Development Professor in MIT’s Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences, and Samuel Pegler, a university academic fellow at the University of Leeds.
Benefits of big data
The equation in question, called Glen’s Flow Law, is the most widely used equation to describe viscous ice flow. It was developed in 1958 by British scientist J.W. Glen, one of the few glaciologists working on the physics of ice flow in the 1950s, according to Millstein.
With relatively few scientists working in the field until recently, along with the remoteness and inaccessibility of most large glacier ice sheets, there were few attempts to calibrate Glen’s Flow Law outside the lab until recently. In the recent study, Millstein and her colleagues took advantage of a new wealth of satellite imagery over Antarctic ice shelves, the floating extensions of the continent’s ice sheet, to revise the stress exponent of the flow law.
Pictured is the Juneau ice field in Alaska. Credit: Joanna Millstein
“In 2002, this major ice shelf [Larsen B] s’est effondré en Antarctique, et tout ce que nous avons de cet effondrement, ce sont deux images satellites à un mois d’intervalle”, dit-elle. “Maintenant, sur cette même zone, nous pouvons obtenir [imagery] tous les six jours.”
La nouvelle analyse montre que “l’écoulement de la glace dans les régions les plus dynamiques et les plus rapides de l’Antarctique – les plates-formes de glace, qui retiennent et étreignent l’intérieur de la glace continentale – est plus sensible au stress qu’on ne le pense généralement”, explique Mme Millstein. Elle est convaincue que les données satellitaires, de plus en plus nombreuses, permettront à l’avenir de saisir les changements rapides qui se produisent en Antarctique et de mieux comprendre les processus physiques sous-jacents des glaciers.
Mais le stress n’est pas la seule chose qui affecte l’écoulement de la glace, notent les chercheurs. D’autres parties de l’équation de la loi d’écoulement représentent les différences de température, la taille et l’orientation des grains de glace, ainsi que les impuretés et l’eau contenues dans la glace, autant de facteurs qui peuvent modifier la vitesse d’écoulement. Des facteurs comme la température pourraient être particulièrement importants pour comprendre l’impact de l’écoulement de la glace sur l’élévation du niveau de la mer dans le futur, dit Millstein.
Des fissures sous tension
Millstein et ses collègues étudient également la mécanique de l’effondrement des couches de glace, ce qui implique des modèles physiques différents de ceux utilisés pour comprendre le problème de l’écoulement de la glace. “Nous travaillons actuellement sur la fissuration et la rupture de la glace, en utilisant les observations de la vitesse de déformation”, explique Millstein.
Les chercheurs utilisent InSAR, des images radar de la surface de la Terre recueillies par des satellites, pour observer les déformations des couches de glace qui peuvent être utilisées pour effectuer des mesures précises de la déformation. En observant les zones de glace présentant des taux de déformation élevés, ils espèrent mieux comprendre la vitesse à laquelle les crevasses et les failles se propagent pour déclencher l’effondrement.
Référence : “La viscosité de la glace est plus sensible à la contrainte que ce qui est communément admis” par Joanna D. Millstein, Brent M. Minchew et Samuel S. Pegler, 10 mars 2022, Nature Communications Earth and Environment.
DOI: 10.1038/s43247-022-00385-x
Cette recherche a été soutenue par la National Science Foundation.
