À quel point la calotte glaciaire de l'Antarctique occidental est-elle proche d'un point de basculement?

À quel point la calotte glaciaire de l'Antarctique occidental est-elle proche d'un point de basculement?Faille du plateau de glace du glacier Pine Island. Crédit: NASA Image Collection / Alamy Banque D'Images.

Entre ses calottes glaciaires est et ouest et sa péninsule, l'Antarctique contient suffisamment de glace pour élever le niveau mondial de la mer en autour de 60m.

La calotte glaciaire de l’Antarctique occidental (WAIS) est une partie relativement petite, contenant une quantité de glace équivalente à 3.3m de l'élévation du niveau de la mer. Pourtant, la plupart d'entre eux se trouvent dans une position précaire et sont considérés comme «théoriquement instable ».

En conséquence, la manière dont le WAIS changera en réponse au réchauffement causé par l'homme est généralement considérée plus grande source d'incertitude pour les projections à long terme du niveau de la mer.

L'aspect le plus urgent de cette incertitude est de savoir si les seuils d'instabilité de la glace ont été franchis, si la retraite que nous mesurons maintenant est destinée à se poursuivre et si la glace qui semble immuable aujourd'hui le restera à l'avenir.

Les dernières recherches indiquent que le seuil de perte irréversible du WAIS se situe probablement entre 1.5C et 2C de réchauffement moyen mondial au-dessus des niveaux préindustriels. Avec le réchauffement déjà à autour de 1.1C et la Accord de Paris visant à limiter le réchauffement à 1.5C ou «bien en dessous de 2C», les marges pour éviter ce seuil sont en effet fines.

Inlandsis marins

Selon le récent rapport spécial sur l'océan et la cryosphère (SROCC) par le Groupe d'experts intergouvernemental sur les changements climatiques (GIEC), il y a deux principaux contrôles sur l'ampleur de l'élévation du niveau de la mer au cours de ce siècle: les futures émissions de gaz à effet de serre d'origine humaine et l'incidence du réchauffement sur la calotte glaciaire antarctique. Le GIEC dit:

"Au-delà de 2050, l'incertitude sur le SLR [élévation du niveau de la mer] induite par le changement climatique augmente considérablement en raison des incertitudes des scénarios d'émission et des changements climatiques associés, ainsi que de la réponse de la calotte glaciaire antarctique dans un monde plus chaud."

Le problème de la vulnérabilité du WAIS réside principalement dans ce que l'on appelle «instabilité de la calotte glaciaire marine»(MISI) -« marine »car la base de la calotte glaciaire est en dessous du niveau de la mer et« instabilité »du fait qu'une fois commencée, la retraite est auto-entretenue.

Les calottes glaciaires peuvent être considérées comme d'immenses réservoirs d'eau douce. La neige s'accumule dans l'intérieur froid, se compacte lentement pour devenir de la glace de glacier, puis commence à couler comme un fluide très épais vers l'océan.

À certains endroits, la glace atteint la côte et flotte à la surface de l'océan, formant un plateau de glace. La frontière entre la glace reposant à la surface du sol (ou le fond marin dans le cas d'une calotte glaciaire marine) est appelée «ligne de mise à la terre». La ligne de mise à la terre est l'endroit où l'eau stockée dans la calotte glaciaire retourne dans l'océan. Et quand elle se déplace vers la mer, nous disons que la calotte glaciaire a un «bilan massique» positif - c'est-à-dire qu'elle gagne plus de masse de glace qu'elle ne perd dans la mer.

Mais lorsque la ligne de mise à la terre recule, l'équilibre est négatif. Un bilan négatif de la calotte glaciaire signifie une contribution positive à l'océan et, par conséquent, au niveau mondial de la mer.

Instabilité

Cette image de base du bilan de masse de la calotte glaciaire est tout ce dont vous avez besoin pour comprendre pourquoi les glaciologues sont préoccupés par MISI.

Les modifications apportées à la plate-forme de glace sur le côté flottant de la ligne de mise à la terre - telles que l'éclaircie - peuvent faire décoller la glace du côté échoué du fond marin. À mesure que cette glace flotte, la ligne de mise à la terre recule. Étant donné que la glace s'écoule plus rapidement lorsqu'elle flotte qu'elle ne le fait au sol, le débit de la glace près de la ligne de mise à la terre augmentera. Les étirements provoqués par l'écoulement plus rapide deviennent une nouvelle source d'amincissement près de la ligne de mise à la terre.

Ceci est illustré dans la figure ci-dessous. À mesure que la nouvelle glace flottante s'écoule et s'amincit plus rapidement, elle peut faire décoller et flotter plus de glace, repoussant la ligne de mise à la terre.

De plus, les zones de la calotte glaciaire à risque de MISI ont un gradient inverse ou «rétrograde», ce qui signifie qu'elle s'approfondit plus à l'intérieur des terres. Au fur et à mesure que la ligne de mise à la terre se retire dans des parties plus épaisses de la calotte glaciaire, le débit s'accélère, augmentant encore la perte de glace. Le gradient inverse rend ce processus autosuffisant comme une boucle de rétroaction positive - c'est ce qui fait du MISI une instabilité.

Illustration de l'instabilité de la calotte glaciaire marine, ou MISI. L'amincissement de la plate-forme de glace en appui entraîne une accélération de l'écoulement de la calotte glaciaire et un amincissement de la marge de glace se terminant en milieu marin. Étant donné que le substrat rocheux sous la calotte glaciaire est en pente vers l'intérieur de la calotte glaciaire, l'amincissement de la glace entraîne un retrait de la ligne de fond, suivi d'une augmentation du flux de glace vers la mer, d'un amincissement supplémentaire de la marge de glace et d'un retrait supplémentaire de la ligne de fond. Crédit: IPCC SROCC (2019) Fig CB8.1a Illustration de l'instabilité de la calotte glaciaire marine, ou MISI. L'amincissement de la plate-forme de glace en appui entraîne une accélération de l'écoulement de la calotte glaciaire et un amincissement de la marge de glace se terminant en milieu marin. Étant donné que le substrat rocheux sous la calotte glaciaire est en pente vers l'intérieur de la calotte glaciaire, l'amincissement de la glace entraîne un retrait de la ligne de fond, suivi d'une augmentation du flux de glace vers la mer, d'un amincissement supplémentaire de la marge de glace et d'un retrait supplémentaire de la ligne de fond. Crédit: IPCC SROCC (2019) Fig CB8.1a

On ne sait pas encore si le seuil MISI a été franchi n'importe où en Antarctique. Nous savons que les lignes d’échouement reculent le long du littoral de la mer d’Amundsen - le plus Glacier Thwaites. Et le moteur de la retraite semble être une eau de mer relativement chaude - environ 2C plus chaude que la moyenne historique - s'écoulant vers la ligne de mise à la terre et provoquant une fonte plus forte que d'habitude.

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Si l'instabilité n'a pas commencé et si le réchauffement de l'océan s'arrête, la ligne de mise à la terre devrait trouver un nouveau point d'équilibrage à un nouvel emplacement. Mais s'il a commencé, la retraite se poursuivra quoi qu'il arrive ensuite.

Débit plus rapide

Même si le seuil a été franchi - ou même s'il est franchi à l'avenir - la retraite peut se dérouler à des rythmes différents selon la force avec laquelle nous «poussions» au début.

Voici comment cela fonctionne. L'instabilité dépend d'un équilibre des forces à l'intérieur de la calotte glaciaire. Une force due à la gravité fait couler la glace à une vitesse qui dépend en partie de son épaisseur et de sa pente de surface.

Un taux de fusion plus élevé du côté flottant et un écoulement plus rapide à travers la ligne de mise à la terre entraîneront la surface de la glace plus rapidement que des taux plus faibles. Le rabattement plus rapide génère une pente de surface plus raide et, par conséquent, un écoulement plus rapide et un retrait plus rapide.

A étude de modélisation de cette rétroaction, publiée l'année dernière, a révélé que lorsque MISI a commencé avec une poussée plus importante (un taux de fusion plus élevé), il a procédé plus rapidement que lorsqu'il a commencé avec une poussée plus petite, même après la suppression de la fusion supplémentaire.

Cela signifie que même si MISI est invoqué, la réduction des émissions mondiales et le ralentissement du réchauffement donneront plus de temps pour se préparer à ses conséquences.

Falaises de glace

Il semble y avoir une deuxième source d'instabilité pour les calottes glaciaires marines - une qui entre en jeu si les plateaux de glace sont entièrement perdus.

Certaines des images les plus spectaculaires du changement de glacier sont des icebergs Le vêlage - en d'autres termes, se détacher - des fronts fortement crevassés des glaciers marins.

Ce vêlage est causé par la fonte de la face inférieure de la banquise, ainsi que par «hydro-fracturation»- où l'eau de fonte qui se forme à la surface de la plate-forme de glace s'infiltre dans la glace et provoque une fissuration - ou une combinaison des deux.

La vitesse de vêlage dépend de la hauteur de la falaise de glace au-dessus de la ligne de flottaison - plus la falaise est haute au-dessus de l'eau, plus le taux de vêlage est élevé.

Comme c'est le cas pour le MISI, le gradient décroissant du fond sous le WAIS signifie que, comme la falaise de glace se retire dans une glace plus épaisse, elle continuera d'exposer une falaise toujours plus haute à l'océan et le taux de mise bas doit augmenter.

Ce processus, illustré ci-dessous, est appelé «instabilité des falaises de glace marine» (MICI). La théorie suggère que là où la hauteur d'une face de glacier dépasse environ 100 m au-dessus de la surface de l'océan, la falaise sera trop haute pour supporter son propre poids. Il s'effondrera donc inévitablement, exposant une falaise de même hauteur derrière lui, qui s'effondrera également. Etc.

Le SROCC du GIEC déclare que «le glacier de Thwaites est particulièrement important car il s'étend à l'intérieur du WAIS, où le lit est> 2000 m sous le niveau de la mer par endroits». (Bien que le SROCC note également que même si MISI nécessite une pente de lit rétrograde pour se produire, MICI pourrait même se produire sur un lit plat ou incliné vers la mer.)

Ce processus récemment identifié n'est pas aussi bien étudié que MISI, mais il est certain qu'il changera dans les années à venir, car les scientifiques continuent d'observer des systèmes en évolution rapide tels que le glacier de Thwaites.

Illustration de l'instabilité de la falaise de glace marine. Si la falaise est suffisamment haute (au moins ~ 800 m d'épaisseur totale de glace, ou environ 100 m de glace au-dessus de la ligne de flottaison), les contraintes à la falaise dépassent la résistance de la glace, et la falaise échoue structurellement lors d'événements de vêlage répétés. Crédit: IPCC SROCC (2019) Fig CB8.1b Illustration de l'instabilité de la falaise de glace marine. Si la falaise est suffisamment haute (au moins ~ 800 m d'épaisseur totale de glace, ou environ 100 m de glace au-dessus de la ligne de flottaison), les contraintes à la falaise dépassent la résistance de la glace, et la falaise échoue structurellement lors d'événements de vêlage répétés. Crédit: IPCC SROCC (2019) Fig CB8.1b

A Nature Une étude réalisée en 2016 sur MICI a conclu que l'Antarctique «a le potentiel de contribuer à plus d'un mètre d'élévation du niveau de la mer d'ici 2100 et à plus de 15 mètres d'ici 2500». Recherches plus récentes a conclu qu'il s'agissait probablement d'une surestimation, mais a noté qu'il n'était pas encore clair quel rôle le MICI pourrait jouer au cours de ce siècle. Une autre étude a également suggéré que la perte rapide de glace à travers le MICI pourrait être atténuée par une perte plus lente des plateaux de glace qui retiennent les glaciers.

Fermeture de seuil

À la fin de l'année dernière, un grande équipe de modélisateurs a évalué différentes études de la réponse de la calotte glaciaire à l'objectif climatique de Paris pour maintenir le réchauffement moyen mondial «bien en dessous» 2C.

Les modèles pointent tous dans la même direction. À savoir, que le seuil de perte irréversible de glace dans la calotte glaciaire du Groenland et dans le WAIS se situe entre 1.5 et 2 degrés de réchauffement mondial. Et nous sommes déjà à un peu plus de 1C de réchauffement en ce moment.

Cette fenêtre de 1.5 à 2 ° C est la clé de la «survie des plateaux de glace antarctique», a expliqué le document de synthèse, et donc de leur effet de «renfort» sur les glaciers qu'ils retiennent.

Glossaire: RCP2.6: Les RCP (Représentative Concentration Pathways) sont des scénarios de futures concentrations de gaz à effet de serre et autres forçages. Le RCP2.6 (également appelé parfois «RCP3-PD») est un scénario de «pic et déclin» où une atténuation stricte.

Un autre seuil peut se situer entre 2C et 2.7C, ont ajouté les auteurs. Atteindre ce niveau d'élévation de la température mondiale pourrait déclencher «l'activation de plusieurs grands systèmes, tels que les bassins de drainage de Ross et Ronne-Filchner, et le début de contributions SLR beaucoup plus importantes».

Le Ross et le Ronne-Filchner sont les deux plus grandes plates-formes de glace de l'Antarctique. Celles-ci pourraient être considérablement réduites «d'ici 100 à 300 ans», une autre étude dit, dans des scénarios où les émissions mondiales dépassent Scénario RCP2.6. Cette voie d'émissions est généralement considérée comme compatible avec la limitation du réchauffement à 2 ° C.

Ces résultats impliquent que la prévention d'une perte importante de glace en Antarctique repose sur la limitation des émissions mondiales à - ou en dessous - RCP2.6. Comme le conclut le document: «Le franchissement de ces seuils implique un engagement en faveur de changements importants de la calotte glaciaire et d'un SLR qui peuvent prendre des milliers d'années pour être pleinement réalisés et irréversibles à plus long terme.»

A propos de l'auteur

Prof Christina Hulbe, géophysicienne à la National School of Surveying de l'Université d'Otago en Nouvelle-Zélande.

Cet article a paru sur Coussin carbone

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