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Une nouvelle technologie radar permet aux scientifiques d’explorer la région invisible de la calotte glaciaire et les mondes glacés de la Terre

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L’île Devon est située dans l’Arctique canadien. La calotte glaciaire est située dans la zone d’étude spécifiée. Crédit : Institut de géophysique de l’Université du Texas

Des scientifiques de l’Institut de géophysique de l’Université du Texas (UTIG) ont développé une technologie radar qui leur permet d’imager des éléments cachés dans les premiers pieds de la calotte glaciaire. Les chercheurs à l’origine de la technologie ont déclaré qu’elle pourrait être utilisée pour étudier la fonte des glaciers sur Terre ainsi que pour découvrir des environnements potentiellement habitables sur la lune Europa de Jupiter.

L’étude des couches proches de la surface des calottes glaciaires avec un radar aéroporté ou des satellites pénétrant dans la glace est difficile car une grande partie de ce qui est scientifiquement important se produit si près de la surface qu’elle ne peut pas être imagée avec précision. Cela a laissé les scientifiques s’appuyer sur des outils au sol qui n’offrent qu’une couverture limitée, ou extraire des carottes de glace – un processus difficile et long qui est actuellement impossible à faire sur d’autres planètes.

La nouvelle technologie radar combine deux bandes passantes radar différentes et recherche les écarts afin d’améliorer la précision. Parce que les instruments sont embarqués sur des avions ou des satellites, les scientifiques peuvent rapidement étudier de vastes zones de glace.

Pour tester la nouvelle technique, l’équipe a effectué des relevés radar au-dessus de la calotte glaciaire du Devon dans l’Arctique canadien, où ils ont cartographié une couche de glace imperméable en forme de dalle près de la surface. Une analyse plus approfondie a suggéré que la calotte glaciaire redirige la fonte de surface de la surface chargée de neige de la calotte glaciaire vers les canaux d’eau vers le bas. La recherche a été publiée dans la revue mai 2023 cryosphère.

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Un hélicoptère équipé d’un radar pénétrant dans la glace faisant le plein sur la glace de l’île Devon dans l’Arctique. Des chercheurs de l’Institut de géophysique de l’Université du Texas ont mis au point une technique d’amélioration de la précision de l’instrument. Crédit : Institut de géophysique de l’Université du Texas/Corey Skinder

Selon Christian Chan, un étudiant diplômé de l’UT Jackson’s School of Geosciences qui a été le pionnier de la technique, les découvertes de l’étude sur la calotte glaciaire peuvent aider les scientifiques à prédire l’avenir de la calotte glaciaire et sa contribution à l’élévation du niveau de la mer.

« Si vous n’avez que des couches de glace relativement fines, alors c’est un four [snow-packed surface layers] « Il a la capacité d’absorber et de retenir l’eau de fonte en surface. Mais si ces feuilles imperméables sont répandues, la contribution de la fonte en surface à l’élévation du niveau de la mer est renforcée », a déclaré Chan.

La fonte de surface est normale sur les calottes glaciaires pendant les mois d’été. Au fur et à mesure que le sommet de la neige de l’hiver précédent se réchauffe, l’eau de fonte s’enfonce et gèle plus profondément dans la neige, formant de fines calottes glaciaires.

Cependant, la plupart des calottes glaciaires de la calotte glaciaire du Devon sont beaucoup plus épaisses que prévu, certaines formant des dalles atteignant 16 pieds d’épaisseur sur plusieurs kilomètres. Cela les rend très efficaces pour rediriger l’eau de fonte, ce que les chercheurs ont confirmé lorsqu’ils ont fait correspondre l’emplacement des plaques de glace épaisses avec l’emplacement des rivières d’eau de fonte.

La calotte glaciaire du Devon dans l’Arctique canadien. La carte montre l’étendue de la couche de glace enfouie entre la surface enneigée de la calotte glaciaire. Une analyse menée par des chercheurs de l’Institut de géophysique de l’Université du Texas a révélé que des parties plus épaisses de la calotte glaciaire peuvent canaliser l’eau de fonte dans les rivières de surface (lignes bleues), réduisant ainsi la capacité de la calotte glaciaire à retenir l’eau. Crédit : Institut de géophysique de l’Université du Texas/Christian Chan

Chan a déclaré que les résultats montrent ce que les scientifiques peuvent réaliser avec la nouvelle technologie.

« Nous avons utilisé un radar aéroporté pour trouver des calottes glaciaires sur la calotte glaciaire du Devon, mais il en va de même pour détecter des couches avec un radar sur des mondes océaniques recouverts de glace comme Europa, la lune de Jupiter », a-t-il déclaré.

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Christian Chan, étudiant diplômé de l’Université du Texas à l’Austin Jackson School of Geosciences, utilise un radar pénétrant dans la glace lors d’un levé aérien de la calotte glaciaire de l’Antarctique. Chan a développé une technologie qui augmente la résolution généralement faible du radar, lui permettant d’imager des caractéristiques cachées dans les couches supérieures de la calotte glaciaire. Crédit : Institut de géophysique de l’Université du Texas/Jamin Greenbaum

Chan fait partie du groupe UTIG, dirigé par le chercheur principal Don Blankenship, qui développe un instrument radar appelé REASON, qui sera lancé à bord du vaisseau spatial Europa Clipper de la NASA en 2024. Il dispose de deux radars pénétrant dans la glace qui sondent les lunes de Jupiter Europa. et Ganymède. Les deux systèmes radar sont compatibles avec la technologie chan.

Grâce à cette nouvelle technologie, les scientifiques pourront examiner les quelques pieds supérieurs des coquilles de glace où ils pourront trouver de la saumure gelée, des restes volcaniques gelés ou même des dépôts de panache. Ce sont tous soit des habitats potentiels, soit des indices sur les environnements habitables à l’intérieur de la Terre, a déclaré le co-auteur Cyril Grima, chercheur associé à l’UTIG qui fait également partie de l’équipe REASON.

Illustration du vaisseau spatial Europa Clipper de la NASA s’approchant de la lune Europa de Jupiter. Le vaisseau spatial, dont le lancement est prévu en 2024, embarquera un instrument radar pénétrant dans la glace développé par des scientifiques de l’Institut de géophysique de l’Université du Texas. Crédit : NASA/JPL-Caltech

« Christian nous a donné la possibilité de voir des choses dans cette partie cachées sous la surface qui seront probablement accessibles aux futurs atterrisseurs », a déclaré Grima. « Cela a vraiment amélioré la capacité de reconnaissance de ces radars. »

Plus d’information:
Christian Chan et al., Caractérisation spatiale de la structure proche de la surface et des conditions de ruissellement des eaux de fonte à travers la calotte glaciaire du Devon à partir de la réflectivité radar à double fréquence, cryosphère (2023). DOI : 10.5194/tc-17-1839-2023

Informations sur la revue :
cryosphère


Delphine Perrault

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