L’une des régions les plus dures et les plus dynamiques de la planète est la zone de glace marginale – l’endroit où les vagues de l’océan rencontrent la glace de mer, qui est formée par le gel de la surface de l’océan.
Publié aujourd’hui, un numéro thématique de la revue Transactions philosophiques de la Royal Society A passe en revue les progrès rapides que les chercheurs ont réalisés au cours de la dernière décennie dans la compréhension et la modélisation de cet environnement difficile.
Cette recherche est essentielle pour nous permettre de mieux comprendre les interactions complexes des systèmes climatiques de la Terre. C’est parce que la zone de glace marginale joue un rôle dans le gel et le dégel saisonniers des océans.
Un endroit difficile pour étudier
Dans l’Arctique et l’Antarctique, les températures de surface de l’océan sont constamment inférieures à -2℃ – assez froid pour geler, formant une couche de glace de mer.
Aux latitudes les plus élevées, plus proches des pôles, la glace de mer forme un couvercle solide de plusieurs mètres d’épaisseur sur l’océan qui reflète les rayons du soleil, refroidissant la région et entraînant de l’eau fraîche autour des océans. Cela fait de la banquise un élément clé du système climatique.
Mais à des latitudes plus basses, lorsque l’océan couvert de glace se transforme en océan ouvert, la glace de mer se forme en morceaux plus petits et beaucoup plus mobiles appelés «floes» qui sont séparés par de l’eau ou une suspension de cristaux de glace.
Cette zone de glace marginale interagit avec l’atmosphère au-dessus et l’océan en dessous d’une manière très différente de la couverture de glace plus près des pôles.
C’est un environnement difficile pour les scientifiques, avec un voyage dans la zone de glace marginale autour de l’Antarctique en 2017 vents supérieurs à 90km/h et vagues de plus de 6,5 m de haut. Il est également difficile à observer à distance car les floes sont plus petits que ce que la plupart des satellites peuvent voir.
Écrasé par les vagues
La zone de glace marginale interagit également avec l’océan ouvert via des ondes de surface, qui se déplacent des eaux libres dans la zone, impactant la glace. Les vagues peuvent avoir un effet destructeur sur la couverture de glace, en brisant de gros floes et en les laissant plus susceptibles de fondre pendant l’été.
En revanche, en hiver, les vagues peuvent favoriser la formation de floes “crêpes”, ainsi appelés car ce sont de fins disques de glace de mer (vous pouvez les voir sur l’image ci-dessus).
Mais l’énergie des vagues elle-même est perdue lors des interactions avec les floes, de sorte que les vagues s’affaiblissent progressivement à mesure qu’elles pénètrent plus profondément dans la zone de glace marginale. Cela produit des mécanismes de rétroaction vagues-glace entraînant l’évolution de la glace de mer dans un climat changeant.
Par exemple, une tendance à des températures plus chaudes affaiblira la couverture de glace, permettant aux vagues de pénétrer plus profondément dans les océans couverts de glace et de provoquer davantage de débâcles, ce qui affaiblira davantage la couverture de glace, et ainsi de suite.
Les scientifiques qui étudient la dynamique de la zone de glace marginale visent à améliorer notre compréhension du rôle de la zone dans les changements dramatiques et souvent déroutants que subit la banquise mondiale en réponse au changement climatique.
Par exemple, dans l’océan Arctique, la couverture de glace de mer a “a diminué d’environ la moitié depuis les années 1980”. Dans l’Antarctique, la couverture de glace de mer a récemment eu à la fois l’un de ses le plus grand et le plus petit étendues enregistrées, la zone de glace marginale étant une source de variabilité d’une année à l’autre.
Nos progrès dans la compréhension de ces régions difficiles ont tourné autour de grands programmes de recherche internationaux, dirigés par l’Office of Naval Research des États-Unis et d’autres. Ces programmes impliquent des scientifiques de la Terre, des géophysiciens, des océanographes, des ingénieurs et même des mathématiciens appliqués (comme nous).
Des efforts récents ont produit des techniques d’observation innovantes, telles qu’une méthode d’imagerie 3D de la dynamique des vagues et des floes dans la zone de glace marginale à bord d’un brise-glace et de capture des vagues dans la glace à partir d’images satellites.
Ils ont également abouti à de nouveaux modèles capables de simuler l’interaction des vagues et de la glace depuis le niveau de floes individuelles au comportement général de des océans entiers. Les progrès ont motivé une expérience de plusieurs mois menée par l’Australie dans la zone de glace marginale de l’Antarctique, sur le nouveau brise-glace de 500 millions de dollars VRS Nuyinace qui est attendu l’année prochaine.
La zone de glace marginale deviendra une composante de plus en plus importante de la couverture mondiale de glace de mer à l’avenir, à mesure que les températures augmenteront et les vagues deviennent plus extrêmes.
Malgré les progrès rapides, il reste encore du chemin à parcourir avant que la compréhension des processus de rétroaction dans la zone de glace marginale se traduise par de meilleures prévisions climatiques utilisées, par exemple, par les rapports d’évaluation du Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat.
L’inclusion de la zone de glace marginale dans les modèles climatiques a été décrite comme le “Saint Graal” pour le domaine par l’une de ses figures de proue, et le problème thématique indique des liens plus étroits avec la communauté climatique au sens large comme la prochaine direction majeure pour le domaine.
Jordan Peter Anthony PittChercheur Post-Doctorant, Université d’Adélaïde et Luc BennettsMaître de conférences en mathématiques appliquées, Université d’Adélaïde
Cet article est republié de La conversation sous licence Creative Commons. Lis le article original.
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