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09.05.2017: Oversized landforms discovered beneath the Antarctic ice sheet

[FRENCH VERSION BELOW - VERSION FRANCAISE EN-DESSOUS]

Nature Communications 9 May 2017 - doi:10.1038/NCOMMS15228 - https://www.nature.com/articles/ncomms15228

Former ice sheets occupying Scandinavia and North America left numerous landforms on today’s surface that witness of their hydrological system underneath them. However, most landforms have, so far, never been observed under contemporary ice sheets – not least because they are relatively small and buried under kilometer thick ice. A team of scientists led by the Université libre de Bruxelles (ULB, Belgium) and the Bavarian Academy of Sciences (Germany) have now discovered an active hydrological system of water conduits and sediment ridges below the Antarctic ice sheet. Their study reveals that the scale of these subglacial features is five times bigger than those seen in today’s deglaciated landscapes. The newly discovered, oversized sediment ridges actively shape the ice hundreds kilometers downstream, by carving deep incisions at the bottom of the ice. This is of interest for the stability of the floating ice shelves, as numerous studies show that ice shelf thinning has major consequences for ice sheet stability.

Subglacial conduits form under large ice sheets as part of their basal hydrological system. These tunnels have a typical diameter of several meters to tens of meters, and they funnel the subglacial melt water towards the ocean. However, new geophysical observations by the Laboratoire de Glaciologie of the ULB show that these conduits widen considerably the closer they come to the ocean. A new mathematical model explains this widening with the vanishing overburden pressure at the location where the ice becomes afloat on the ocean.

As the conduits widen, the outflow velocity of the subglacial water decreases, which leads to increased sediment deposition at the conduit’s portal. Over thousands of years, this process builds up giant sediment ridges – comparable in height with the Eiffel tower – below the ice. Active sedimentation in subglacial water conduits seems to drive the formations of Eskers – elongated ridges of gravel which are commonly observed today in areas where former ice sheets have retreated. However, the remainders of today’s Eskers are considerably smaller in size than those now discovered in Antarctica.

Giant conduits that can sap the ice from below

The evolving sediment ridges leave scars at the bottom of the ice as the ice flows over them. These scars are transmitted to the floating ice shelves farther downstream forming ice-shelf channels. Ice in these channels is up to half as thin as their surroundings, making them a weak spot when exposed to melting from the warmer ocean. It was originally thought that ice-shelf channels are carved by melting due to the ocean only, but this seems only part of the story: “Our study shows that ice-shelf channels can already be initiated on land, and that the size of the channels significantly depends on sedimentation processes occurring over hundreds to thousands of years” indicates Reinhard Drews, lead author of the study.

The novel link between the subglacial hydrological system, sedimentation, and ice-shelf stability, offers new opportunities to unravel key processes beneath the Antarctic ice sheet, and also improves our ability to reconstruct the ice-sheet extent in the Northern Hemisphere during the last ice ages.

IMAGES

Figure 1: Satellite image from Roi Baudouin Ice Shelf, East Antarctica (left). The ice shelf exhibits a braking force (right) on tributary glaciers feeding into it. The ice shelf is intersected with ice-shelf channels which are curvilinear tracts where ice is up to 60% thinner. We investigated the origin of these channels and found that these are imprinted by sediment ridges which indent the ice from below.

Figure 2: Ice-penetrating radar data, illuminating the bed upstream of the grounding-line and the formation of ice-shelf channels seawards. We identify reflector A as a ~250 m high under-ice mountain that originates from sediment deposition by active subglacial water conduits.

Figure 3: Conceptual image of ice-shelf channel formation by sub-ice conduits (i.e. esker-ridges) which form through sediment deposition from subglacial water conduits meandering at their surface

[FRENCH VERSION]

D’imposants reliefs découverts sous la calotte Antarctique

Nature Communications 9 May 2017 - doi:10.1038/NCOMMS15228 - https://www.nature.com/articles/ncomms15228

Les paysages de Scandinavie et d’Amérique du Nord sont marqués par d’anciens systèmes hydrologiques formés sous les calottes de glace qui recouvraient ces régions. Ces reliefs n’avaient jusqu’à aujourd’hui jamais été observés sous une calotte contemporaine, parce que la glace – épaisse de plusieurs kilomètres – rend leur observation très difficile.
Une équipe de scientifiques de l’Université libre de Bruxelles (ULB, Belgique) et de l’Académie bavaroise des sciences (Allemagne) ont découvert un système hydrologique actif de chenaux et de crêtes sédimentaires sous la calotte Antarctique. Leur étude, publiée en Nature Communications, montre que ces reliefs sous-glaciaires sont cinq fois plus grands que les vestiges observés actuellement dans les paysages déglacés de l’hémisphère nord. Les crêtes sédimentaires découvertes façonnent la glace sur des centaines de kilomètre en aval car elles amincissent la glace à la base de la calotte. Leur étude est importante pour la stabilité des plateformes de glace car, comme de nombreuses études l’ont montré, l’amincissement des plateformes de glaces affecte la stabilité de la calotte Antarctique.

Lorsqu’un système hydrologique se met en place à la base d’une calotte de glace, des chenaux sous-glaciaires se forment pour évacuer l’eau de fonte vers l’océan. La hauteur de ces chenaux s’élève général à quelques mètres. De nouvelles observations géophysiques menée par le laboratoire de glaciologie de l’ULB montrent que ces chenaux s’élargissent de plus en plus à l’approche de l’océan. Ils ont mis au point un nouveau modèle mathématique pour expliquer leur découverte : les chenaux s’élargissent parce que la pression de la glace qui les recouvre disparaît lorsque la glace se met à flotter sur l’océan.

Alors que ces chenaux s’élargissent de plus en plus, la vitesse d’écoulement de l’eau qu’ils contiennent diminue à son tour, forçant ainsi les sédiments en suspension à se déposer à la sortie des chenaux. Maintenu sur plusieurs milliers d’années, ce processus construit d’énormes crêtes sédimentaires – d’une hauteur comparable à la tour Eiffel – en dessous de la glace.
La sédimentation active dans les chenaux sous-glaciaires semble contrôler la formation des « Eskers » qui sont des crêtes sédimentaires, communément observées dans les paysages aujourd’hui déglacés. Les eskers que l’on observe de nos jours sont néanmoins 5 fois moins élevés que ceux qui viennent d’être découverts en Antarctique.

Des chenaux géants capables d’entailler la glace par en dessous

En évoluant, les crêtes sédimentaires entaillent la glace qui s’écoule par-dessus. Ces entailles se déplacent ensuite avec la glace et deviendront plus tard des «sillons» dans les plateformes de glace  flottante. La glace au niveau de ces sillons est jusqu’à deux fois plus fine que dans ses alentours, rendant ceux-ci potentiellement très vulnérables à la fonte océanique.

Les chercheurs pensaient auparavant que les sillons de plateformes de glace étaient exclusivement creusés au contact de l’océan mais il semble désormais clair que d’autres facteurs rentrent en jeu.

« Notre étude montre que les sillons dans les plateformes de glace sont déjà initiés sur le continent, et que leur taille dépend fortement des processus de sédimentation qui ont lieu des centaines, voire des milliers d’années auparavant », explique Reinhard Drews, le principal auteur de l’étude.

Ce nouveau lien entre système hydrologique sous-glaciaire, sédimentation active et stabilité des plateformes de glace ouvre la voie à une nouvelle compréhension des mécanismes en jeu sous la calotte Antarctique; et nous aide également à mieux reconstituer l’étendue des calottes de l’hémisphère nord au cours des dernières périodes glaciaires.


24.12.2014: The Tweeting Ice Shelf @TweetinIceShelf

I am a series of GPSes coupled to a radar system installed on the Roi Baudouin Ice Shelf in East Antarctica. Follow me on Twitter @TweetinIceShelf were I continuously tweet my position. Watch how I advance into the ocean. I am deployed in December 2014. http://tweetiniceshelf.blogspot.be/


15.11.2014: Return to Antarctica with IceCon

Follow the IceCon expedition from 15 November to 23 December 2014 to the Princess Elisabeth Station, Antarctica via the blog: http://icecon2012.blogspot.com


06.06.2013 Publication dans la revue Nature: Une importante étude réalise la synthèse des dernières avancées technologiques pour prédire avec plus de précision l'impact du changement climatique sur la perte de masse des calottes glaciaires

Selon un groupe de spécialistes du changement climatique sous la houlette de l'Université de Sheffield, les progrès en matière de modélisation permettent de se faire une meilleure idée de l'évolution future des calottes glaciaires, et l'élévation du niveau des mers causée par la fonte des glaces en Antarctique pourrait être deux fois moindre que ce qu'annonçaient d'mportantes études publiées ces dernières années. Pour la première fois, des chercheurs provenant de douze centres spécialisés du monde entier (dont l'ULB et l'ULg) se sont penchés ensemble sur les progrès réalisés en matière d'observation et de modélisation des variations de masse des calottes glaciaires. Leurs conclusions ont confirmé des résultats récents selon lesquels la contribution de la fonte de l'inlandsis antarctique à l'élévation du niveau des mers serait deux fois moindre qu'annoncé précédemment, une bonne nouvelle pour le futur. Toutefois, elles ont également corroboré d'autres résultats montrant une importante perte de masse de l'inlandsis groenlandais, que les chercheurs estiment deux fois supérieure à celle de l'Antarctique.

http://www.nature.com/nature/journal/v498/n7452/full/nature12238.html


10.05.2013: Publication dans la revue Nature : De nouvelles techniques mettent en évidence accélération de lécoulement des glaciers du Groenland et son impact sur l'élévation du niveau des océans

Un nouveau modèle perfectionné mis au point dans le cadre du programme ice2sea financé par l'UE nous permet de mieux évaluer la vitesse à laquelle la glace du Groenland avance et se déverse dans la mer. Alors que le processus de fonte de la glace superficielle des glaciers du Groenland est bien connu, les effets du phénomène complexe de l'écoulement glaciaire et la contribution en eau qui en découle n'ont pas encore été examinés en détail jusqu'à présent. Le réchauffement de la terre et des mers accélère non seulement la fonte de la glace, mais également la fréquence à laquelle des pans entiers de glace se détachent du front des glaciers et s'écroulent dans la mer. Jusqu'à présent, il était difficile pour les chercheurs de traduire ce processus en un modèle capable de réaliser des projections de l'élévation du niveau des mers, mais c'est maintenant chose faite : nos scientifiques ont réussi à l'intégrer dans un modèle informatique spécialement étudié pour s'appliquer aux glaciers émissaires à écoulement rapide. Cette nouvelle technique permet de mieux comprendre le phénomène et le nouveau modèle indique que le flux glaciaire de tous les glaciers du Groenland pourraient contribuer à une élévation de 4 à 9 cm du niveau de la mer d'ici 2100. Si l'on ajoute à ce chiffre l'estimation de la fonte des glaces du Groenland, on obtient une contribution totale à l'élévation du niveau de l'eau de 7 à 18 cm d'ici 2100.

http://www.nature.com/nature/journal/v497/n7448/full/nature12068.html


23.01.2013: Greenland ice core reveal warm past temperatures

A new study that provides surprising details on changes in Earth's climate from more than 100,000 years ago made possible by an international team of researchers by analyzing a new deep ice core from the Greenland ice sheet indicates the last interglacial period may be a good analog for where the planet is heading in the face of increasing greenhouse gases and warming temperatures. The new results from the NEEM deep ice core drilling project in north Greenland led by the University of Copenhagen shows that 130.000 to 115.000 years ago during the Eemian interglacial, the climate in North Greenland was about 8 degrees Celsius warmer than at present. Despite the strong warming signal during the Eemian - a period where the seas were roughly four to eight meters higher than today - the surface in the vicinity of NEEM was only a few hundred meters lower than its present level, which indicates the Greenland ice sheet may have contributed less than half of the total sea rise at the time.

http://www.nature.com/nature/journal/v493/n7433/full/nature11789.html


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