«L’IRM géant de l’Antarctique» révèle «l’eau de mer fossile» sous la calotte glaciaire
Sous un courant de glace à écoulement rapide dans l’ouest de l’Antarctique, les scientifiques ont découvert un vaste aquifère débordant d’eau de mer qui y est probablement enfermé depuis des milliers d’années.
C’est la première fois que des scientifiques détectent des eaux souterraines sous un courant de glace en Antarctique, et cette découverte pourrait remodeler notre compréhension de la façon dont le continent glacial réagit au changement climatique et quels types d’organismes mystérieux se cachent sous ses nombreuses plates-formes de glace.
Le nouveau système d’eau souterraine peut être considéré comme une éponge géante, composée de sédiments poreux et saturé d’eau, a déclaré Chloe D. Gustafson, auteur principal d’une nouvelle étude sur l’aquifère enfoui, anciennement géophysicien au Lamont-Doherty Earth de l’Université de Columbia. Observatoire et maintenant basé à la Scripps Institution of Oceanography de l’UC San Diego. « L’éponge que nous observons mesure entre un demi-kilomètre et environ deux kilomètres d’épaisseur [0.3 to 1.2 miles]donc c’est assez profond », a-t-elle déclaré.
Gustafson et ses collègues ont décrit l’important aquifère dans un rapport publié jeudi 5 mai dans la revue Science. L’aquifère se trouve sous le même courant de glace qu’un lac sous-glaciaire appelé lac Whillans, qui se trouve à une profondeur moindre, à environ 2 625 pieds (800 mètres) sous la glace.
« Pour moi, le résultat le plus surprenant est le volume d’eau contenu dans l’aquifère », a déclaré Winnie Chu, géophysicienne des glaciers à la School of Earth and Atmospheric Sciences du Georgia Institute of Technology, qui n’a pas participé à l’étude. Les auteurs ont estimé que l’énorme aquifère contient plus de 10 fois le volume d’eau contenu dans le système moins profond de lacs et de rivières trouvé à la base de la plate-forme de glace. Ce système peu profond comprend le lac Whillans, qui mesure 20 milles carrés (60 kilomètres carrés) de superficie et environ 7 pieds (2,1 m) de profondeur.
« Une IRM de la Terre »
Les scientifiques ont longtemps émis l’hypothèse que d’énormes aquifères pourraient se cacher sous la glace de l’Antarctique, en partie parce que les courants de glace et les glaciers du continent glissent sur un lit de sédiments perméables que l’eau devrait pouvoir pénétrer, a déclaré Chu. Cependant, jusqu’à présent, les limitations technologiques empêchaient les chercheurs de recueillir des preuves directes de ces systèmes hydrologiques profonds, c’est-à-dire des systèmes constitués d’eau, a-t-elle expliqué. Au lieu de cela, la recherche s’est concentrée sur des lacs et des rivières relativement peu profonds trouvés à ou près de la base des glaciers et des plates-formes de glace.
Pour regarder au-delà de ces systèmes peu profonds dans les profondeurs cachées ci-dessous, Gustafson et ses collègues ont utilisé une technique appelée « imagerie magnétotellurique ». Ils ont pris des mesures à partir du courant de glace Whillans dans l’Antarctique occidental, une ceinture de glace en mouvement qui mesure environ 0,8 km d’épaisseur et se déplace d’environ 1,8 mètre par jour dans ses flux vers la plate-forme de glace de Ross à proximité.
L’imagerie magnétotellurique repose sur les champs électromagnétiques générés par les vents solaires interagissant avec l’ionosphère terrestre – une couche dense de molécules et de particules chargées électriquement dans la haute atmosphère. Lorsque les vents solaires frappent l’ionosphère, ils excitent les particules à l’intérieur et génèrent des champs électromagnétiques mobiles qui pénètrent la surface de la Terre. Ces champs en mouvement induisent alors des champs secondaires dans la glace, la neige et les sédiments, et ce sont ces champs secondaires que mesurent les instruments magnétotelluriques. L’équipe a enterré ces instruments dans des fosses peu profondes dans la neige et a recueilli des données d’environ quatre douzaines d’endroits différents sur le courant de glace.
« Ces champs secondaires sont très étroitement liés à la géologie et à l’hydrologie, en particulier », ce qui signifie que la glace est très différente des sédiments, que l’eau salée est différente de l’eau douce, etc., a déclaré Gustafson. « C’est comme prendre une IRM de la Terre, et notre signal provient simplement du soleil interagissant avec le champ magnétique terrestre », a-t-elle déclaré.
D’autres équipes de scientifiques avaient déjà utilisé ce méga-IRM en Antarctique pour examiner la croûte terrestre et le manteau supérieur ; ces études ont commencé dès les années 1990, selon une revue de 2019 dans la revue Surveys in Geophysics. L’équipe de Gustafson, au lieu de cela, a pris des mesures à partir d’une profondeur moins profonde, s’étendant de la base du ruisseau à environ 3 miles (5 km) plus bas. Là, ils ont découvert une épaisse éponge de sédiments avec de l’eau de mer incroyablement salée à ses profondeurs les plus profondes et de l’eau douce près de sa partie la moins profonde, là où l’éponge s’est approchée du courant de glace.
Ce gradient suggère que les systèmes sous-glaciaires peu profonds se connectent à l’aquifère profond et que les deux influencent probablement l’écoulement de la glace au-dessus, a déclaré Gustafson. « Pour l’instant, il n’est pas clair si l’aquifère peut échanger de l’eau de temps en temps avec l’hydrologie sous-glaciaire ou s’il s’agit d’un transfert à sens unique », où l’eau du flux de glace s’écoule puis reste stockée dans l’aquifère pendant un certain temps. temps, dit Chu.
Selon le scénario, l’aquifère peut lubrifier le flux de glace en injectant périodiquement de l’eau dans le système sous-glaciaire ou il peut retirer de l’eau du système ; ces deux dynamiques affecteraient le flux du flux de glace au-dessus, a ajouté Chu.
L’échange d’eau entre le système profond et le système peu profond pourrait également affecter les types de vie microbienne qui se développent sous le courant de glace et la façon dont ces micro-organismes survivent, a déclaré Gustafson. C’est parce que le flux d’eau liquide à travers l’aquifère et les lacs et rivières interconnectés au-dessus entraîne le flux de nutriments à travers l’écosystème. De plus, le gradient de l’eau salée à l’eau douce façonne les types de microbes qui peuvent survivre dans chaque environnement.
En ce qui concerne l’eau la plus salée dans les profondeurs de l’aquifère, les auteurs ont émis l’hypothèse que l’eau s’écoulait probablement de l’océan dans le système d’eau souterraine il y a environ 5 000 à 7 000 ans, pendant une période chaude au milieu de l’Holocène lorsque la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental était en retraite. Puis, « à mesure que la calotte glaciaire progressait, la présence de glace épaisse a coupé l’accès de l’océan au lit, et l’eau de mer restante a été scellée comme eau souterraine sous le courant de glace de Whillans », a écrit Chu dans un commentaire de l’étude, également publié le 5 mai dans Science.
L’aquifère sous le courant de glace de Whillans est le premier à être détecté, mais l’équipe de recherche soupçonne que de tels systèmes hydrologiques se trouvent sous tous les courants de glace de l’Antarctique et n’attendent que d’être découverts. Ces systèmes d’eau souterraine « s’étendent probablement sur des centaines de kilomètres jusqu’à l’intérieur de la calotte glaciaire », a déclaré Gustafson. La prochaine étape consistera à rassembler des preuves de tels systèmes ailleurs sur le continent et à comparer ce qu’ils ont trouvé à Whillans à d’autres régions.
En particulier, comment l’aquifère sous le glacier Thwaites qui s’amincit rapidement – autrement connu sous le nom de « glacier Doomsday » – diffère-t-il de celui sous Whillans, et comment ces systèmes profonds affectent-ils l’écoulement et la fonte de la glace au-dessus ? Les modèles actuels d’écoulement de glace ne tiennent pas compte de ces aquifères, ce sera donc un domaine de recherche intéressant à l’avenir, a déclaré Gustafson.
« Nous avons encore tellement de choses à apprendre sur l’interconnexion entre l’hydrologie des eaux souterraines et le reste de l’hydrologie de la calotte glaciaire avant de pouvoir dire quoi que ce soit de concret sur la façon dont l’hydrologie des eaux souterraines peut modifier les effets du changement climatique sur l’Antarctique », a déclaré Chu.
