Away Team Tech: Le droïde de plongée Icefin offre une vue sans précédent sous la banquise antarctique

Haut dans une étroite crevasse remplie d’eau de mer à la base de la plus grande plate-forme de glace de l’Antarctique, les caméras du véhicule sous-marin télécommandé Icefin ont relayé un changement soudain de paysage.

Les murs de glace météorique lisse et nuageuse sont brusquement devenus verts et de texture plus rugueuse, passant à la glace marine salée.

Près de 1 900 pieds au-dessus, près de l’endroit où la surface de la plate-forme de glace Ross rencontre Kamb Ice Stream, une équipe de recherche américano-néo-zélandaise a reconnu le changement comme une preuve de «pompage de glace» – un processus jamais observé directement dans une crevasse de plate-forme de glace, important à sa stabilité.

“Nous regardions de la glace qui venait de fondre à moins de 100 pieds en dessous, coulait dans la crevasse puis regelait”, a déclaré Justin Lawrence, chercheur invité au Cornell Center for Astrophysics and Planetary Science du College of Arts and Sciences (A&S ). “Et puis c’est devenu plus bizarre à mesure que nous montions plus haut.”

Le regard sans précédent du robot Icefin à l’intérieur d’une crevasse et les observations révélant plus d’un siècle de processus géologiques sous la banquise sont détaillés dans “Regel de crevasse et signatures de retrait observées dans la zone d’échouement de Kamb Ice Stream», publié le 2 mars dans Nature Geoscience.

L’article rapporte les résultats d’une campagne de terrain de 2019 sur Kamb Ice Stream soutenue par Antarctica New Zealand et d’autres agences de recherche néo-zélandaises, dirigée par Christina Hulbe, professeur à l’Université d’Otago, et ses collègues. Grâce au soutien du programme d’astrobiologie de la NASA, une équipe de recherche dirigée par Britney Schmidt, professeure agrégée d’astronomie et de sciences de la Terre et de l’atmosphère à A&S et Cornell Engineering, a pu rejoindre l’expédition et déployer Icefin. Le laboratoire d’habitabilité planétaire et de technologie de Schmidt développe Icefin depuis près d’une décennie, à commencer par le Georgia Institute of Technology.

Les membres de l’équipe Icefin de Britney Schmidt après avoir terminé leur première mission d’exploration des conditions sous la plate-forme de glace Ross en Antarctique, près de l’endroit où elle rencontre le Kamb Ice Stream, en décembre 2019. – Icefin/NASA PSTAR RISE UP/Schmidt

Combinée à des enquêtes récemment publiées sur le glacier Thwaites en évolution rapide – exploré la même saison par un deuxième véhicule Icefin – la recherche devrait améliorer les modèles d’élévation du niveau de la mer en fournissant les premières vues haute résolution de la glace, de l’océan et du fond marin interactions à des systèmes glaciaires contrastés sur la calotte glaciaire de l’Antarctique occidental.

Thwaites, qui est exposé aux courants océaniques chauds, est l’un des glaciers les plus instables du continent. Kamb Ice Stream, où l’océan est très froid, stagne depuis la fin des années 1800. Kamb compense actuellement une partie de la perte de glace de l’ouest de l’Antarctique, mais s’il se réactive, il pourrait augmenter la contribution de la région à l’élévation du niveau de la mer de 12 %.

“L’Antarctique est un système complexe et il est important de comprendre les deux extrémités du spectre – les systèmes qui subissent déjà des changements rapides ainsi que les systèmes plus silencieux où les changements futurs présentent un risque”, a déclaré Schmidt. “Observer Kamb et Thwaites ensemble nous aide à en savoir plus.”

La NASA a financé le développement d’Icefin et l’exploration Kamb pour étendre l’exploration océanique au-delà de la Terre. La glace marine comme celle trouvée dans la crevasse peut être un analogue des conditions sur la lune glacée Europa de Jupiter, la cible de la mission orbitale Europa Clipper de la NASA dont le lancement est prévu en 2024. Des missions d’atterrisseur ultérieures pourraient un jour rechercher directement la vie microbienne dans la glace.

Icefin transporte une gamme complète d’instruments océanographiques sur un châssis modulaire de plus de 12 pieds de long et moins de 10 pouces de diamètre. Il a été abaissé sur une attache à travers un trou de forage que l’équipe néo-zélandaise a foré à travers la banquise avec de l’eau chaude.

Au cours de trois plongées s’étendant sur plus de trois milles près de la zone d’échouement où Kamb passe au plateau flottant de Ross, Icefin a cartographié cinq crevasses – une ascendante – et le fond marin, tout en enregistrant les conditions de l’eau, y compris la température, la pression et la salinité.

L’équipe a observé diverses caractéristiques de la glace qui fournissent des informations précieuses sur le mélange de l’eau et les taux de fonte. Ils comprenaient des fossettes en forme de balle de golf, des ondulations, des rigoles verticales et les formations «plus étranges» près du sommet de la crevasse: des boules de glace et des saillies en forme de doigts ressemblant à des brinicles.

Icefin télécommandé Crédit :Icefin/NASA PSTAR RISE UP/Schmidt/Lawrence

Le robot sous-marin télécommandé Icefin après avoir effectué une plongée sous la plate-forme de glace de Ross près de Kamb Ice Stream en 2019.

Le pompage de glace observé dans la crevasse contribue probablement à la stabilité relative de la plate-forme de glace de Ross – la plus grande au monde par sa superficie, de la taille de la France – par rapport au glacier Thwaites, ont déclaré les chercheurs.

“C’est une façon pour ces grandes plates-formes de glace de se protéger et de se soigner”, a déclaré Peter Washam (A&S), océanographe polaire de l’équipe scientifique Icefin et deuxième auteur de l’article. “Une grande partie de la fonte qui se produit en profondeur près de la ligne d’échouement, cette eau gèle ensuite et s’accumule sur le fond de la glace sous forme de glace marine.”

Au fond de la mer, Icefin a cartographié des ensembles parallèles de crêtes qui, selon les chercheurs, sont des empreintes laissées par les crevasses de la banquise – et un record de 150 ans d’activité depuis la stagnation du ruisseau Kamb. Au fur et à mesure que sa ligne d’échouement reculait, la banquise s’est amincie, provoquant le soulèvement des crevasses. Le lent mouvement de la glace au fil du temps a déplacé les crevasses vers le large des crêtes.

“Nous pouvons examiner ces caractéristiques du fond marin et les relier directement à ce que nous avons vu sur la base de glace”, a déclaré Lawrence, l’auteur principal de l’article, maintenant responsable de programme et scientifique planétaire chez Honeybee Robotics. “Nous pouvons, en quelque sorte, rembobiner le processus.”

Le contour de conduite thermique de fond dans la colonne d’eau de la crevasse (Vidéo supplémentaire 4 Données étendues Fig. 5) est interpolé à partir de points d’échantillonnage blancs (voie du véhicule), avec une ligne de contour de 0 ° C délimitant l’horizon de surfusion. Les encarts a à i illustrent les différentes textures et morphologies de glace dans l’ordre de rencontre (images complètes dans Extended Data Fig. 5); c et g montrent l’apparition de glace marine le long des parois latérales opposées de la crevasse à peu près à la même hauteur. La trajectoire du véhicule est désalignée d’environ 5 à 10 m par rapport au profil de la glace en raison du mouvement vers le sud le long de l’axe longitudinal de la crevasse (dans la page) et de l’erreur de positionnement accumulée du véhicule ; cependant, toutes les données (et la longueur du ROV Icefin) sont à l’échelle ; 2× exagération horizontale. — Géoscience de la nature

Données source

Outre Lawrence, Washam et Schmidt, les co-auteurs de la recherche de Cornell sont les ingénieurs de recherche principaux Matthew Meister, qui dirigeait l’équipe d’ingénierie d’Icefin, et Andrew Mullen ; Ingénieur de recherche Daniel Dichek ; et la gestionnaire de programme Enrica Quartini. L’équipe de Schmidt comprend également l’ingénieur de recherche Frances Bryson ’17 et, à Georgia Tech, les doctorants Benjamin Hurwitz et Anthony Spears.

Des partenaires néo-zélandais de l’Institut national de recherche sur l’eau et l’atmosphère (NIWA) ont également apporté leur contribution ; Université d’Auckland; Université d’Otago; et l’Université Victoria de Wellington.

La NASA a soutenu la recherche par le biais du projet RISE UP du programme Planetary Science and Technology from Analog Research (Ross Ice Shelf and Europa Underwater Probe) et du programme Future Investigators in NASA Earth and Space Science and Technology. Un soutien supplémentaire est venu de la plate-forme scientifique antarctique de Nouvelle-Zélande, du programme antarctique américain et de l’initiative de forage en eau chaude de l’Université Victoria de Wellington.

Regel de crevasse et signatures de retrait observées dans la zone d’échouement de Kamb Ice StreamNature Géosciences (accès libre)

Astrobiologie