Rebond post-glaciaire - Post-glacial rebound

Un modèle de changement de masse actuel dû au rebond post-glaciaire et au rechargement des bassins océaniques en eau de mer. Les zones bleues et violettes indiquent une hausse due à l'élimination des calottes glaciaires. Les zones jaunes et rouges indiquent une chute à mesure que le matériau du manteau s'est éloigné de ces zones afin d'alimenter les zones de montée et à cause de l'effondrement des renflements antérieurs autour des calottes glaciaires.
Cette plage en couches à Bathurst Inlet , au Nunavut, est un exemple de rebond post-glaciaire après la dernière période glaciaire. Peu ou pas de marée a aidé à former son look de gâteau en couches. Le rebond isostatique est toujours en cours ici.

Le rebond post-glaciaire (également appelé rebond isostatique ou rebond crustal ) est la montée des masses continentales après l'élimination du poids énorme des calottes glaciaires au cours de la dernière période glaciaire , qui avait provoqué une dépression isostatique . Le rebond post-glaciaire et la dépression isostatique sont des phases d' isostasie glaciaire ( ajustement isostatique glaciaire , glacioisostasie ), la déformation de la croûte terrestre en réponse à des changements dans la répartition des masses de glace. Les effets directs de sensibilisation rebond post-glaciaire sont facilement visibles dans certaines parties du Nord Eurasie , Amérique du Nord , la Patagonie et l' Antarctique . Cependant, à travers les processus de siphon océanique et de levier continental , les effets du rebond post-glaciaire sur le niveau de la mer se font sentir globalement loin des emplacements des calottes glaciaires actuelles et anciennes.

Aperçu

Changements dans l'élévation du lac Supérieur en raison de la glaciation et du rebond post-glaciaire

Au cours de la dernière période glaciaire , une grande partie de l'Europe du Nord , de l' Asie , de l'Amérique du Nord , du Groenland et de l' Antarctique était recouverte de calottes glaciaires , qui atteignaient jusqu'à trois kilomètres d'épaisseur lors du maximum glaciaire il y a environ 20 000 ans. L'énorme poids de cette glace a provoqué la surface de la Terre de la croûte à se déformer vers le bas et la chaîne, forçant le viscoélastique manteau matériau à couler hors de la région chargée. À la fin de chaque période glaciaire lorsque les glaciers se sont retirés, l'élimination de ce poids a entraîné un soulèvement ou un rebond lent (et toujours en cours) de la terre et le retour du matériau du manteau sous la zone déglacée . En raison de l'extrême viscosité du manteau, il faudra plusieurs milliers d'années pour que la terre atteigne un niveau d' équilibre .

Le soulèvement s'est déroulé en deux étapes distinctes. Le soulèvement initial suivant la déglaciation a été presque immédiat en raison de la réponse élastique de la croûte lorsque la charge de glace a été supprimée. Après cette phase élastique, le soulèvement s'est déroulé par un écoulement visqueux lent à une vitesse décroissante de façon exponentielle . Aujourd'hui, les taux de soulèvement typiques sont de l'ordre de 1 cm/an ou moins. En Europe du Nord, cela est clairement démontré par les données GPS obtenues par le réseau GPS BIFROST ; par exemple en Finlande , la superficie totale du pays augmente d'environ sept kilomètres carrés par an. Des études suggèrent que le rebond se poursuivra pendant au moins 10 000 ans. Le soulèvement total à partir de la fin de la déglaciation dépend de la charge de glace locale et pourrait se situer à plusieurs centaines de mètres près du centre de rebond.

Récemment, le terme « rebond post-glaciaire » est progressivement remplacé par le terme « ajustement isostatique glaciaire ». Ceci est en reconnaissance du fait que la réponse de la Terre au chargement et au déchargement glaciaires ne se limite pas au mouvement de rebond vers le haut, mais implique également un mouvement terrestre vers le bas, un mouvement horizontal de la croûte terrestre, des changements du niveau mondial de la mer et du champ de gravité de la Terre, des tremblements de terre induits, et changements dans la rotation de la Terre. Un autre terme alternatif est « isostasie glaciaire », car le soulèvement près du centre de rebond est dû à la tendance à la restauration de l'équilibre isostatique (comme dans le cas de l'isostasie des montagnes). Malheureusement, ce terme donne la fausse impression que l'équilibre isostatique est d'une manière ou d'une autre atteint, donc en ajoutant "ajustement" à la fin, le mouvement de restauration est accentué.

Effets

Le rebond post-glaciaire produit des effets mesurables sur le mouvement crustal vertical, le niveau global de la mer, le mouvement crustal horizontal, le champ de gravité, la rotation de la Terre, le stress crustal et les tremblements de terre. Les études du rebond glaciaire nous donnent des informations sur la loi d'écoulement des roches du manteau, ce qui est important pour l'étude de la convection du manteau, de la tectonique des plaques et de l'évolution thermique de la Terre. Il donne également un aperçu de l'histoire passée de la calotte glaciaire, ce qui est important pour la glaciologie , le paléoclimat et les changements du niveau mondial de la mer. Comprendre le rebond postglaciaire est également important pour notre capacité à surveiller les changements mondiaux récents.

Mouvement crustal vertical

Le comportement élastique de la lithosphère et du manteau, illustrant l'affaissement de la croûte par rapport aux propriétés du paysage en raison de la force descendante d'un glacier dans « Avant », et les effets que la fonte et le recul glaciaire ont sur le rebond du manteau et lithosphère dans 'Après'.
Une grande partie de la Finlande moderne est d'anciens fonds marins ou archipels : illustrés sont les niveaux de la mer immédiatement après la dernière période glaciaire.

Les blocs erratiques , les vallées en forme de U , les drumlins , les eskers , les lacs de kettle , les stries du substratum rocheux sont parmi les signatures communes de l' ère glaciaire . De plus, le rebond post-glaciaire a causé de nombreux changements importants aux côtes et aux paysages au cours des derniers milliers d'années, et les effets continuent d'être importants.

En Suède , le lac Mälaren était autrefois un bras de la mer Baltique , mais le soulèvement l'a finalement coupé et l'a conduit à devenir un lac d' eau douce vers le XIIe siècle, à l'époque où Stockholm a été fondée à son embouchure . Les coquillages marins trouvés dans les sédiments du lac Ontario impliquent un événement similaire à l'époque préhistorique. D'autres effets prononcés peuvent être observés sur l'île d' Öland , en Suède, qui a peu de relief topographique en raison de la présence du très plat Stora Alvaret . La montée des terres a fait reculer la zone de peuplement de l' âge du fer de la mer Baltique , faisant reculer les villages actuels de la côte ouest de manière inattendue loin du rivage. Ces effets sont assez dramatiques dans le village d' Alby , par exemple, où les habitants de l' âge du fer étaient connus pour subsister grâce à une pêche côtière substantielle.

À la suite du rebond post-glaciaire, le golfe de Botnie devrait finir par se fermer à Kvarken dans plus de 2 000 ans. Le Kvarken est un site du patrimoine naturel mondial de l'UNESCO , sélectionné comme "zone type" illustrant les effets du rebond post-glaciaire et du recul glaciaire holocène .

Dans plusieurs autres ports nordiques , comme Tornio et Pori (anciennement à Ulvila ), le port a dû être déplacé à plusieurs reprises. Les noms de lieux dans les régions côtières illustrent également la montée des terres : il existe des lieux à l'intérieur des terres nommés « île », « écueil », « rocher », « pointe » et « son ». Par exemple, Oulunsalo "l'île d' Oulujoki " est une péninsule, avec des noms à l'intérieur des terres tels que Koivukari "Birch Rock", Santaniemi "Sandy Cape" et Salmioja "le ruisseau du Sound". (Comparez [1] et [2] .)

Carte des effets du rebond post-glaciaire sur le niveau des terres de l' Irlande et des îles britanniques .

En Grande-Bretagne , la glaciation a touché l' Écosse mais pas le sud de l' Angleterre , et le rebond post-glaciaire du nord de la Grande-Bretagne (jusqu'à 10 cm par siècle) provoque un mouvement descendant correspondant de la moitié sud de l'île (jusqu'à 5 cm par siècle). ). Cela conduira à terme à un risque accru d' inondations dans le sud de l'Angleterre et le sud-ouest de l'Irlande.

Étant donné que le processus d'ajustement isostatique glaciaire provoque le déplacement de la terre par rapport à la mer, les anciens rivages se trouvent au-dessus du niveau de la mer actuel dans des zones qui étaient autrefois glaciées. D'autre part, les endroits dans la zone de renflement périphérique qui a été soulevée pendant la glaciation commencent maintenant à s'affaisser. Par conséquent, les anciennes plages se trouvent en dessous du niveau de la mer actuel dans la zone des renflements. Les "données relatives au niveau de la mer", qui consistent en des mesures de hauteur et d'âge des anciennes plages du monde entier, nous indiquent que l'ajustement isostatique glaciaire s'est déroulé à un rythme plus élevé vers la fin de la déglaciation qu'aujourd'hui.

Le mouvement de soulèvement actuel en Europe du Nord est également surveillé par un réseau GPS appelé BIFROST. Les résultats des données GPS montrent un taux de pointe d'environ 11 mm/an dans la partie nord du golfe de Botnie , mais ce taux de soulèvement diminue et devient négatif en dehors de l'ancienne marge glaciaire.

Dans le champ proche à l'extérieur de l'ancienne marge glaciaire, la terre s'enfonce par rapport à la mer. C'est le cas le long de la côte est des États-Unis, où d'anciennes plages se trouvent submergées en dessous du niveau de la mer actuel et où la Floride devrait être submergée à l'avenir. Les données GPS en Amérique du Nord confirment également que le soulèvement des terres devient un affaissement en dehors de l'ancienne marge glaciaire.

Niveaux mondiaux de la mer

Pour former les calottes glaciaires de la dernière période glaciaire, l'eau des océans s'est évaporée, s'est condensée sous forme de neige et s'est déposée sous forme de glace dans les hautes latitudes. Ainsi, le niveau mondial de la mer a baissé pendant la glaciation.

Les calottes glaciaires du dernier maximum glaciaire étaient si massives que le niveau mondial de la mer a baissé d'environ 120 mètres. Ainsi, les plateaux continentaux ont été exposés et de nombreuses îles sont devenues reliées aux continents par la terre ferme. Ce fut le cas entre les îles britanniques et l'Europe ( Doggerland ), ou entre Taïwan, les îles indonésiennes et l'Asie ( Sundaland ). Un sous-continent existait également entre la Sibérie et l'Alaska qui a permis la migration des hommes et des animaux lors du dernier maximum glaciaire.

La baisse du niveau de la mer affecte également la circulation des courants océaniques et a donc un impact important sur le climat lors du maximum glaciaire.

Pendant la déglaciation, l'eau de glace fondue retourne dans les océans, ainsi le niveau de la mer dans l'océan augmente à nouveau. Cependant, les enregistrements géologiques des changements du niveau de la mer montrent que la redistribution de l'eau de glace fondue n'est pas la même partout dans les océans. En d'autres termes, selon l'emplacement, l'élévation du niveau de la mer à un certain site peut être plus importante que celle d'un autre site. Cela est dû à l'attraction gravitationnelle entre la masse de l'eau fondue et les autres masses, telles que les calottes glaciaires restantes, les glaciers, les masses d'eau et les roches du manteau et les changements de potentiel centrifuge dus à la rotation variable de la Terre.

Mouvement crustal horizontal

Le mouvement vertical d'accompagnement est le mouvement horizontal de la croûte. Le réseau GPS BIFROST montre que le mouvement diverge du centre de rebond. Cependant, la plus grande vitesse horizontale se trouve près de l'ancienne marge glaciaire.

La situation en Amérique du Nord est moins certaine; cela est dû à la répartition clairsemée des stations GPS dans le nord du Canada, qui est plutôt inaccessible.

Inclinaison

La combinaison des mouvements horizontaux et verticaux modifie l'inclinaison de la surface. C'est-à-dire que les endroits plus au nord s'élèvent plus rapidement, un effet qui devient apparent dans les lacs. Le fond des lacs s'incline progressivement en s'éloignant de la direction de l'ancien maximum de glace, de sorte que les rives du lac du côté du maximum (généralement au nord) reculent et que les rives opposées (sud) s'enfoncent. Cela provoque la formation de nouveaux rapides et rivières. Par exemple, le lac Pielinen en Finlande, qui est grand (90 x 30 km) et orienté perpendiculairement à l'ancienne marge glaciaire, était à l'origine drainé par un exutoire au milieu du lac près de Nunnanlahti jusqu'au lac Höytiäinen . Le changement d'inclinaison a fait éclater Pielinen à travers l' esker d' Uimaharju à l'extrémité sud-ouest du lac, créant une nouvelle rivière ( Pielisjoki ) qui se jette dans la mer via le lac Pyhäselkä jusqu'au lac Saimaa . Les effets sont similaires à ceux concernant les bords de mer, mais se produisent au-dessus du niveau de la mer. L'inclinaison des terres affectera également le débit d'eau dans les lacs et les rivières à l'avenir, et donc importante pour la planification de la gestion des ressources en eau.

En Suède , l'exutoire du lac Sommen au nord-ouest a un rebond de 2,36 mm/a tandis qu'à l'est de Svanaviken, il est de 2,05 mm/a. Cela signifie que le lac s'incline lentement et que les rives sud-est se sont noyées.

Champ de gravité

La glace, l'eau et les roches du manteau ont une masse , et lorsqu'elles se déplacent, elles exercent une attraction gravitationnelle sur d'autres masses vers elles. Ainsi, le champ de gravité , qui est sensible à toute masse à la surface et à l'intérieur de la Terre, est affecté par la redistribution de la glace/eau fondue à la surface de la Terre et l'écoulement des roches du manteau à l'intérieur.

Aujourd'hui, plus de 6000 ans après la fin de la dernière déglaciation, le flux de matière du manteau vers la zone glaciaire rend la forme globale de la Terre moins aplatie . Ce changement dans la topographie de la surface de la Terre affecte les composantes de grande longueur d'onde du champ de gravité.

Le champ de gravité changeant peut être détecté par des mesures terrestres répétées avec des gravimètres absolus et récemment par la mission satellite GRACE . Le changement des composantes de grande longueur d'onde du champ de gravité terrestre perturbe également le mouvement orbital des satellites et a été détecté par le mouvement des satellites LAGEOS .

Référence verticale

Le système de référence vertical est une surface de référence théorique pour la mesure de l'altitude et joue un rôle essentiel dans de nombreuses activités humaines, notamment l'arpentage et la construction de bâtiments et de ponts. Étant donné que le rebond postglaciaire déforme continuellement la surface de la croûte et le champ gravitationnel, le référentiel vertical doit être redéfini à plusieurs reprises dans le temps.

Etat de contrainte, séismes intraplaques et volcanisme

Selon la théorie de la tectonique des plaques , l'interaction plaque-plaque provoque des tremblements de terre près des limites des plaques. Cependant, de grands séismes se produisent dans un environnement intraplaque comme l'est du Canada (jusqu'à M7) et le nord de l'Europe (jusqu'à M5) qui sont loin des limites actuelles des plaques. Un séisme intraplaque important a été le séisme de magnitude 8 à New Madrid qui s'est produit au centre du continent américain en 1811.

Les charges glaciaires ont fourni plus de 30 MPa de contrainte verticale dans le nord du Canada et plus de 20 MPa dans le nord de l'Europe pendant le maximum glaciaire. Cette contrainte verticale est supportée par le manteau et la flexion de la lithosphère . Étant donné que le manteau et la lithosphère réagissent continuellement aux variations des charges de glace et d'eau, l'état de stress à n'importe quel endroit change continuellement dans le temps. Les changements d'orientation de l'état de contrainte sont enregistrés dans les failles postglaciaires du sud-est du Canada. Lorsque les failles postglaciaires se sont formées à la fin de la déglaciation il y a 9000 ans, l'orientation de la contrainte principale horizontale était presque perpendiculaire à l'ancienne marge glaciaire, mais aujourd'hui l'orientation est dans le nord-est-sud-ouest, le long de la direction du fond marin qui s'étend au milieu de l'Atlantique. Crête . Ceci montre que le stress dû au rebond postglaciaire avait joué un rôle important au moment de la déglaciation, mais s'est progressivement relâché de sorte que le stress tectonique est devenu plus dominant aujourd'hui.

Selon la théorie de Mohr-Coulomb sur la rupture des roches, les fortes charges glaciaires suppriment généralement les tremblements de terre, mais une déglaciation rapide favorise les tremblements de terre. Selon Wu & Hasagawa, la contrainte de rebond disponible pour déclencher des séismes aujourd'hui est de l'ordre de 1 MPa. Ce niveau de contrainte n'est pas assez grand pour rompre les roches intactes mais est assez grand pour réactiver des failles préexistantes qui sont proches de la rupture. Ainsi, le rebond postglaciaire et la tectonique passée jouent un rôle important dans les séismes intraplaques actuels dans l'est du Canada et le sud-est des États-Unis. En général , le stress de rebond postglaciaire aurait pu déclencher les tremblements de terre intraplaques dans l' est du Canada et pourrait avoir joué un rôle dans le déclenchement des tremblements de terre dans l' est des États - Unis , y compris les tremblements de terre de New Madrid en 1811 . La situation en Europe du Nord aujourd'hui est compliquée par les activités tectoniques actuelles à proximité et par la charge et l'affaiblissement des côtes.

L'augmentation de la pression due au poids de la glace pendant la glaciation peut avoir supprimé la génération de fonte et les activités volcaniques sous l'Islande et le Groenland. D'un autre côté, la diminution de la pression due à la déglaciation peut multiplier par 20 à 30 la production de fonte et les activités volcaniques.

Réchauffement climatique récent

Le récent réchauffement climatique a fait fondre les glaciers de montagne et les calottes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique et fait monter le niveau de la mer dans le monde. Par conséquent, la surveillance de l' élévation du niveau de la mer et du bilan de masse des calottes glaciaires et des glaciers permet aux gens de mieux comprendre le réchauffement climatique.

L'élévation récente du niveau de la mer a été surveillée par des marégraphes et des satellites altimétriques (par exemple TOPEX/Poséidon ). En plus de l'ajout d'eau de glace fondue provenant des glaciers et des calottes glaciaires, les changements récents du niveau de la mer sont affectés par la dilatation thermique de l'eau de mer due au réchauffement climatique, le changement du niveau de la mer dû à la déglaciation du dernier maximum glaciaire (changement du niveau de la mer postglaciaire) , la déformation du sol et du plancher océanique et d'autres facteurs. Ainsi, pour comprendre le réchauffement climatique du changement du niveau de la mer, il faut être capable de séparer tous ces facteurs, en particulier le rebond postglaciaire, car c'est l'un des principaux facteurs.

Les changements de masse des calottes glaciaires peuvent être surveillés en mesurant les changements de la hauteur de la surface de la glace, la déformation du sol en dessous et les changements du champ de gravité sur la calotte glaciaire. Ainsi , les missions satellites ICESat , GPS et GRACE sont utiles à cette fin. Cependant, l'ajustement isostatique glaciaire des calottes glaciaires affecte la déformation du sol et le champ de gravité aujourd'hui. Ainsi, la compréhension de l'ajustement isostatique glaciaire est importante pour surveiller le réchauffement climatique récent.

L'un des impacts possibles du rebond déclenché par le réchauffement climatique pourrait être une activité volcanique plus intense dans des zones précédemment couvertes de glace comme l'Islande et le Groenland. Il peut également déclencher des tremblements de terre intraplaques près des marges glaciaires du Groenland et de l'Antarctique. Un rebond isostatique glaciaire présentement exceptionnellement rapide (jusqu'à 4,1 cm/an) en raison des récentes pertes de masse de glace dans la région de la baie de la mer d'Amundsen en Antarctique, associé à une faible viscosité du manteau régional, devrait avoir une influence stabilisatrice modeste sur l'instabilité de la calotte glaciaire marine dans l'Antarctique occidental. , mais probablement pas à un degré suffisant pour l'arrêter.

Applications

La vitesse et la quantité de rebond postglaciaire sont déterminées par deux facteurs : la viscosité ou la rhéologie (c'est-à-dire l'écoulement) du manteau et les historiques de chargement et de déchargement de la glace à la surface de la Terre.

La viscosité du manteau est importante pour comprendre la convection du manteau , la tectonique des plaques , les processus dynamiques sur Terre, l'état thermique et l'évolution thermique de la Terre. Cependant, la viscosité est difficile à observer car les expériences de fluage des roches du manteau à des vitesses de déformation naturelles prendraient des milliers d'années à observer et les conditions de température et de pression ambiantes ne sont pas faciles à atteindre pendant une période suffisamment longue. Ainsi, les observations du rebond postglaciaire fournissent une expérience naturelle pour mesurer la rhéologie du manteau. La modélisation de l'ajustement isostatique glaciaire aborde la question de savoir comment la viscosité change dans les directions radiale et latérale et si la loi d'écoulement est une rhéologie linéaire, non linéaire ou composite. La viscosité du manteau peut en outre être estimée à l'aide de la tomographie sismique , où la vitesse sismique est utilisée comme proxy observable.

Les histoires d'épaisseur de glace sont utiles dans l'étude de la paléoclimatologie , de la glaciologie et de la paléo-océanographie. Les historiques d'épaisseur de glace sont traditionnellement déduits des trois types d'informations : Premièrement, les données sur le niveau de la mer sur des sites stables éloignés des centres de déglaciation donnent une estimation de la quantité d'eau entrée dans les océans ou, de manière équivalente, de la quantité de glace qui a été emprisonnée au maximum glaciaire. . Deuxièmement, l'emplacement et les dates des moraines terminales nous indiquent l'étendue et le recul des anciennes calottes glaciaires. La physique des glaciers nous donne le profil théorique des calottes glaciaires à l'équilibre, elle dit également que l'épaisseur et l'étendue horizontale des calottes glaciaires à l' équilibre sont étroitement liées à l'état basal des calottes glaciaires. Ainsi le volume de glace enfermé est proportionnel à leur surface instantanée. Enfin, les hauteurs des anciennes plages dans les données sur le niveau de la mer et les taux de soulèvement des terres observés (par exemple à partir du GPS ou du VLBI ) peuvent être utilisés pour contraindre l'épaisseur de la glace locale. Un modèle de glace populaire déduit de cette façon est le modèle ICE5G. Parce que la réponse de la Terre aux changements de hauteur de glace est lente, elle ne peut pas enregistrer de fluctuation rapide ou de poussées de calotte glaciaire, donc les profils de calotte glaciaire déduits de cette manière ne donnent que la "hauteur moyenne" sur un millier d'années environ.

L' ajustement isostatique glaciaire joue également un rôle important dans la compréhension du récent réchauffement planétaire et du changement climatique.

Découverte

Avant le XVIIIe siècle, on pensait, en Suède , que le niveau des mers baissait. À l'initiative d' Anders Celsius, un certain nombre de marques ont été faites dans la roche à différents endroits le long de la côte suédoise. En 1765, il était possible de conclure qu'il ne s'agissait pas d'un abaissement du niveau de la mer mais d'une élévation inégale des terres. En 1865, Thomas Jamieson a proposé une théorie selon laquelle l'élévation des terres était liée à l'ère glaciaire qui avait été découverte pour la première fois en 1837. La théorie a été acceptée après les enquêtes de Gerard De Geer sur les anciens rivages scandinaves publiées en 1890.

Implications légales

Dans les zones où l'on voit des soulèvements de terre, il est nécessaire de définir les limites exactes de la propriété. En Finlande, la « nouvelle terre » est légalement la propriété du propriétaire du plan d'eau, et non des propriétaires fonciers riverains. Par conséquent, si le propriétaire du terrain souhaite construire une jetée sur le "nouveau terrain", il a besoin de l'autorisation du propriétaire de l'(ancien) plan d'eau. Le propriétaire du rivage peut racheter le nouveau terrain au prix du marché. Habituellement, le propriétaire du plan d'eau est l' unité de partage des propriétaires des rives, une société holding collective.

Voir également

Les références

Lectures complémentaires

Liens externes