Glace de mer - Sea ice

Morceaux cassés de glace de mer arctique avec une couverture de neige.

La glace de mer se forme lorsque l' eau de mer gèle. Parce que la glace est moins dense que l'eau, elle flotte à la surface de l'océan (tout comme la glace d' eau douce , qui a une densité encore plus faible). La glace de mer couvre environ 7 % de la surface de la Terre et environ 12 % des océans du monde. Une grande partie de la glace de mer du monde est enfermé à l' intérieur des blocs de glace polaires de la Terre des régions polaires : la banquise arctique de l' océan Arctique et la banquise de l' Antarctique de l' océan Austral . Les packs polaires subissent un cycle annuel important de l'étendue de la surface, un processus naturel dont dépend l' écologie arctique , y compris les écosystèmes océaniques . En raison de l'action des vents, des courants et des fluctuations de température, la glace de mer est très dynamique, ce qui entraîne une grande variété de types et de caractéristiques de glace. La glace de mer peut être contrastée avec les icebergs , qui sont des morceaux de banquise ou des glaciers qui vêlent dans l'océan. Selon l'emplacement, les étendues de glace de mer peuvent également contenir des icebergs.

Caractéristiques générales et dynamique

Scénario hypothétique de dynamique de la glace de mer montrant certaines des caractéristiques les plus courantes de la glace de mer.

La glace de mer ne se contente pas de croître et de fondre. Durant sa durée de vie, il est très dynamique. En raison de l'action combinée des vents, des courants, de la température de l'eau et des fluctuations de la température de l'air, les étendues de glace de mer subissent généralement une déformation importante. La banquise est classée selon qu'elle peut dériver ou non, et selon son âge.

Glace côtière ou banquise dérivante (ou banquise)

La glace de mer peut être classée selon qu'elle est ou non attachée (ou gelée) au rivage (ou entre des hauts - fonds ou à des icebergs échoués ). S'il est attaché, il est appelé banquise côtière, ou plus souvent, banquise côtière (de attaché ). Alternativement, et contrairement à la banquise côtière, la banquise se trouve plus au large dans des zones très étendues et englobe de la glace qui est libre de se déplacer avec les courants et les vents. La frontière physique entre la banquise côtière et la banquise est la frontière de la banquise côtière . La zone de glace de dérive peut être divisée en une zone de cisaillement , une zone de glace marginale et un pack central . La glace dérivante se compose de floes , de morceaux individuels de glace de mer de 20 mètres (66 pieds) ou plus de diamètre. Il existe des noms pour différentes tailles de floes : petit – 20 à 100 m (66 à 328 pi) ; moyen – 100 à 500 m (330 à 1 640 pi) ; grand – 500 à 2 000 m (1 600 à 6 600 pi) ; vaste – 2 à 10 kilomètres (1,2 à 6,2 mi); et géant - plus de 10 km (6,2 mi). Le terme banquise est utilisé soit comme synonyme de glace dérivante , soit pour désigner une zone de glace dérivante dans laquelle les floes sont densément compactés. La couverture globale de glace de mer est appelée la canopée de glace du point de vue de la navigation sous-marine.

Classement selon l'âge

Une autre classification utilisée par les scientifiques pour décrire la glace de mer est basée sur l'âge, c'est-à-dire sur ses stades de développement. Ces stades sont : nouvelle glace , nilas , jeune glace , première année et vieille .

Nouvelle glace, nilas et jeune glace

Nilas dans la baie de Baffin

La nouvelle glace est un terme général utilisé pour désigner l'eau de mer récemment gelée qui ne constitue pas encore de la glace solide. Il peut s'agir de frasil (plaques ou spicules de glace en suspension dans l'eau), de gadoue (neige saturée d'eau) ou de shuga (glace blanche spongieuse de quelques centimètres de diamètre). D'autres termes, tels que glace grasse et glace à crêpes , sont utilisés pour les accumulations de cristaux de glace sous l'action du vent et des vagues. Lorsque la glace de mer commence à se former sur une plage avec une légère houle, des œufs de glace pouvant atteindre la taille d'un ballon de football peuvent être créés.

Nilas désigne une croûte de glace de mer jusqu'à 10 centimètres (3,9 pouces ) d'épaisseur. Il se plie sans casser autour des vagues et de la houle. Les nilas peuvent être subdivisés en nilas sombres – jusqu'à 5 cm d'épaisseur et très sombres et nilas clairs – de plus de 5 cm (2,0 po) d'épaisseur et de couleur plus claire.

La jeune glace est une étape de transition entre la nilas et la glace de première année, et son épaisseur varie de 10 cm (3,9 po) à 30 cm (12 po). La jeune glace peut être subdivisée en glace grise - 10 cm (3,9 po) à 15 cm (5,9 po) d'épaisseur et glace gris-blanc – 15 cm (5,9 po) à 30 cm (12 po) d'épaisseur. La jeune glace n'est pas aussi flexible que la nilas, mais a tendance à se briser sous l'action des vagues. Sous compression, il sera soit en radeau (au stade de glace grise) soit en crête (au stade de glace gris-blanc).

Glace de mer de première année

Distinction entre la glace de mer de 1re année (FY), la 2e année (SY), la glace pluriannuelle (MY) et la vieille glace.

La glace de mer de première année est une glace qui est plus épaisse que la jeune glace, mais qui n'a pas plus d'un an de croissance. En d'autres termes, c'est la glace qui pousse à l'automne et à l'hiver (après avoir traversé la nouvelle glace - nilas - la jeune glace se forme et se développe davantage) mais ne survit pas aux mois de printemps et d'été (elle fond). L'épaisseur de cette glace varie généralement de 0,3 m (0,98 pi) à 2 m (6,6 pi). La glace de première année peut être divisée en fine (30 cm (0,98 pi) à 70 cm (2,3 pi)), moyenne (70 cm (2,3 pi) à 120 cm (3,9 pi)) et épaisse (> 120 cm (3,9 pi) pi)).

Vieille glace de mer

La vieille glace de mer est de la glace de mer qui a survécu à au moins une saison de fonte ( c.-à-d. un été). Pour cette raison, cette glace est généralement plus épaisse que la glace de mer de première année. La vieille glace est généralement divisée en deux types : la glace de deuxième année , qui a survécu à une saison de fonte, et la glace de plusieurs années , qui a survécu à plus d'une saison . (Dans certaines sources, la vieille glace a plus de 2 ans.) La glace pluriannuelle est beaucoup plus courante dans l' Arctique que dans l' Antarctique . La raison en est que la glace de mer dans le sud dérive vers des eaux plus chaudes où elle fond. Dans l'Arctique, une grande partie de la banquise est enclavée.

Forces motrices

Alors que la banquise côtière est relativement stable (parce qu'elle est attachée au rivage ou au fond marin), la banquise (ou pack) subit des processus de déformation relativement complexes qui finissent par donner naissance à la grande variété de paysages de la banquise. Le vent est la principale force motrice, avec les courants océaniques. La force de Coriolis et l'inclinaison de la surface de la glace de mer ont également été invoquées. Ces forces motrices induisent un état de contrainte au sein de la zone de banquise. Une banquise convergeant vers une autre et poussant contre elle va générer un état de compression à la frontière entre les deux. La couverture de glace peut également subir un état de tension , entraînant une divergence et l'ouverture de fissures. Si deux floes dérivent latéralement l'un contre l'autre tout en restant en contact, cela créera un état de cisaillement .

Déformation

La déformation de la glace de mer résulte de l'interaction entre les banquises, car elles sont poussées les unes contre les autres. Le résultat final peut être de trois types de caractéristiques : 1) Glace en radeau , lorsqu'une pièce en remplace une autre ; 2) Des crêtes de pression , une ligne de glace brisée forcée vers le bas (pour constituer la quille ) et vers le haut (pour faire la voile ) ; et 3) Hummock , un monticule de glace brisée qui forme une surface inégale. Une crête de cisaillement est une crête de pression qui s'est formée sous le cisaillement - elle a tendance à être plus linéaire qu'une crête induite uniquement par la compression. Une nouvelle crête est une caractéristique récente - elle est à crête pointue, avec son côté incliné à un angle supérieur à 40 degrés. En revanche, une crête altérée est une crête arrondie et des côtés inclinés à moins de 40 degrés. Les stamukhi sont encore un autre type d'empilement mais ceux-ci sont ancrés et sont donc relativement stationnaires. Ils résultent de l'interaction entre la banquise côtière et la banquise dérivante.

La glace plate est une glace de mer qui n'a pas été affectée par la déformation et est donc relativement plate.

Pistes et polynies

Les chenaux et les polynies sont des zones d'eau libre qui se trouvent dans les étendues de glace de mer même si les températures de l'air sont inférieures au point de congélation, et fournissent une interaction directe entre l'océan et l'atmosphère, ce qui est important pour la faune. Les dérivations sont étroites et linéaires – leur largeur varie du mètre au km. Pendant l'hiver, l'eau dans les conduits gèle rapidement. Ils sont également utilisés à des fins de navigation - même lorsqu'ils sont recongelés, la glace dans les chenaux est plus mince, ce qui permet aux brise-glaces d'accéder à un chemin de navigation plus facile et aux sous-marins de faire surface plus facilement. Les polynies sont de taille plus uniforme que les chenaux et sont également plus grandes - deux types sont reconnus : 1) les polynies à chaleur sensible , causées par la remontée d'eau plus chaude et 2) les polynies à chaleur latente , résultant des vents persistants du littoral.

Formation

Image satellite de la formation de glace de mer près de l' île St. Matthew dans la mer de Béring.

Seule la couche supérieure d'eau doit refroidir jusqu'au point de congélation. La convection de la couche de surface implique les 100 à 150 m supérieurs (330 à 490 pieds), jusqu'à la pycnocline de densité accrue.

En eau calme, la première glace de mer à se former à la surface est un écume de cristaux séparés qui se présentent initialement sous la forme de minuscules disques, flottant à plat sur la surface et d'un diamètre inférieur à 0,3 cm (0,12 in). Chaque disque a son axe c vertical et se développe latéralement vers l'extérieur. À un certain point, une telle forme de disque devient instable et les cristaux isolés en croissance prennent une forme hexagonale et stellaire, avec de longs bras fragiles s'étendant sur la surface. Ces cristaux ont également leur axe c vertical. Les bras dendritiques sont très fragiles et se cassent rapidement, laissant un mélange de disques et de fragments de bras. Avec n'importe quel type de turbulence dans l'eau, ces fragments se brisent davantage en petits cristaux de forme aléatoire qui forment une suspension de densité croissante dans l'eau de surface, un type de glace appelé frasil ou glace grasse . Dans des conditions calmes, les cristaux de frasil gèlent rapidement ensemble pour former une mince couche continue de jeune glace; à ses débuts, quand il est encore transparent – ​​c'est la glace appelée nilas . Une fois que les nilas se sont formés, un processus de croissance tout à fait différent se produit, dans lequel l'eau gèle au fond de la calotte glaciaire existante, un processus appelé croissance par congélation . Ce processus de croissance produit de la glace de première année.

Dans les eaux agitées, la glace de mer fraîche est formée par le refroidissement de l'océan à mesure que la chaleur est perdue dans l'atmosphère. La couche supérieure de l'océan est surfondue jusqu'à légèrement en dessous du point de congélation, moment auquel de minuscules plaquettes de glace (frasil glace) se forment. Avec le temps, ce processus conduit à une couche superficielle pâteuse, connue sous le nom de glace grasse . La formation de frasil peut également être déclenchée par des chutes de neige plutôt que par une surfusion. Les vagues et le vent agissent alors pour comprimer ces particules de glace en plaques plus grandes, de plusieurs mètres de diamètre, appelées galettes de glace . Ceux-ci flottent à la surface de l' océan et entrent en collision les uns avec les autres, formant des bords retournés. Avec le temps, les plaques de glace à crêpes peuvent elles-mêmes être suspendues les unes aux autres ou congelées ensemble dans une couverture de glace plus solide, connue sous le nom de glace à crêpes consolidée . Une telle glace a un aspect très rugueux en haut et en bas.

Si suffisamment de neige tombe sur la glace de mer pour abaisser le franc-bord sous le niveau de la mer, l'eau de mer s'écoulera et une couche de glace se formera d'un mélange neige/eau de mer. Ceci est particulièrement fréquent autour de l' Antarctique .

Le scientifique russe Vladimir Vize (1886-1954) a consacré sa vie à l'étude de la banquise arctique et a développé la théorie de la prédiction scientifique des conditions glaciaires , pour laquelle il a été largement acclamé dans les cercles universitaires. Il a appliqué cette théorie sur le terrain dans la mer de Kara , ce qui a conduit à la découverte de l' île de Vize .

Cycle annuel de congélation et de fonte

Variation saisonnière et diminution annuelle du volume de la banquise arctique, estimées par modélisation numérique fondée sur des mesures.
Volume de glace de mer arctique au fil du temps à l'aide d'une méthode de dessin du système de coordonnées polaires (le temps va dans le sens inverse des aiguilles d'une montre ; un cycle par an)

Le cycle annuel de gel et de fonte est déterminé par le cycle annuel de l'insolation solaire et de la température océanique et atmosphérique, et de la variabilité de ce cycle annuel.

Dans l'Arctique, la superficie de l'océan recouverte de glace de mer augmente en hiver d'un minimum en septembre à un maximum en mars ou parfois en février, avant de fondre en été. Dans l'Antarctique, où les saisons sont inversées, le minimum annuel est généralement en février et le maximum annuel en septembre ou octobre, et il a été démontré que la présence de glace de mer jouxtant les fronts de vêlage des plateaux de glace influence l'écoulement glaciaire et potentiellement la stabilité de la calotte glaciaire de l' Antarctique .

La croissance et le taux de fonte sont également affectés par l'état de la glace elle-même. Au cours de la croissance, l'épaississement de la glace dû au gel (par opposition à la dynamique) est lui-même dépendant de l'épaisseur, de sorte que la croissance de la glace ralentit à mesure que la glace s'épaissit. De même, pendant la fonte, la glace de mer plus mince fond plus rapidement. Cela conduit à un comportement différent entre la glace pluriannuelle et la glace de première année. De plus, les étangs de fonte à la surface de la glace pendant la saison de fonte abaissent l' albédo de sorte qu'une plus grande quantité de rayonnement solaire est absorbée, ce qui entraîne une rétroaction où la fonte est accélérée. La présence d'étangs de fonte est affectée par la perméabilité de la glace de mer - c'est-à-dire si l'eau de fonte peut s'écouler - et la topographie de la surface de la glace de mer, c'est-à-dire la présence de bassins naturels dans lesquels les étangs de fonte se forment. La glace de première année est plus plate que glace pluriannuelle en raison de l'absence de crêtes dynamiques, de sorte que les étangs ont tendance à avoir une plus grande superficie. Ils ont également un albédo plus faible car ils sont sur une glace plus mince, ce qui empêche moins de rayonnement solaire d'atteindre l'océan sombre en dessous.

Suivi et observations

Les changements dans les conditions de la glace de mer sont mieux démontrés par le taux de fonte au fil du temps. Un enregistrement composite de la glace arctique démontre que le retrait des floes a commencé vers 1900, connaissant une fonte plus rapide commençant au cours des 50 dernières années. L'étude par satellite de la glace de mer a commencé en 1979 et est devenue une mesure beaucoup plus fiable des changements à long terme de la glace de mer. En comparaison avec le record étendu, l'étendue de la glace de mer dans la région polaire en septembre 2007 n'était que la moitié de la masse enregistrée qui avait été estimée exister au cours de la période 1950-1970.

L' étendue de la banquise arctique a atteint un creux historique en septembre 2012, lorsqu'il a été déterminé que la glace ne couvrait que 24 % de l'océan Arctique, compensant ainsi le creux précédent de 29 % en 2007. Prédictions du moment où le premier Arctique « libre de glace » l'été peut varier.

L' étendue de la banquise antarctique a progressivement augmenté au cours de la période d'observations par satellite, qui a commencé en 1979, jusqu'à un déclin rapide dans l'hémisphère sud au printemps 2016.

Relation avec le réchauffement climatique et le changement climatique

À mesure que la glace fond, l'eau liquide s'accumule dans les dépressions à la surface et les approfondit, formant ces mares de fonte dans l' Arctique . Ces étangs d'eau douce sont séparés de la mer salée en dessous et autour d'elle, jusqu'à ce que les ruptures de la glace fusionnent les deux.

La glace de mer fournit un écosystème pour diverses espèces polaires, en particulier l' ours polaire , dont l'environnement est menacé car le réchauffement climatique fait fondre davantage la glace à mesure que la température de la Terre se réchauffe. De plus, la glace de mer elle-même fonctionne pour aider à garder les climats polaires au frais, car la glace existe en quantités suffisamment étendues pour maintenir un environnement froid. À ce stade, la relation de la glace de mer avec le réchauffement climatique est cyclique ; la glace aide à maintenir des climats frais, mais à mesure que la température mondiale augmente, la glace fond et est moins efficace pour garder ces climats froids. La surface brillante et brillante ( albédo ) de la glace joue également un rôle dans le maintien de températures polaires plus fraîches en réfléchissant une grande partie de la lumière du soleil qui la renvoie dans l'espace. Au fur et à mesure que la banquise fond, sa surface rétrécit, diminuant la taille de la surface réfléchissante et faisant donc que la terre absorbe plus de chaleur du soleil. Au fur et à mesure que la glace fond, l'albédo diminue, ce qui augmente l'absorption de chaleur par la Terre et augmente encore la quantité de glace fondante. Bien que la taille de la banquise soit affectée par les saisons, même un petit changement de température mondiale peut grandement affecter la quantité de glace de mer, et en raison de la surface réfléchissante qui rétrécit qui maintient l'océan au frais, cela déclenche un cycle de rétrécissement de la glace et les températures se réchauffent. En conséquence, les régions polaires sont les endroits les plus sensibles au changement climatique sur la planète.

De plus, la glace de mer affecte le mouvement des eaux océaniques. Au cours du processus de congélation , une grande partie du sel de l'eau de mer est extraite des formations cristallines gelées, bien qu'une partie reste gelée dans la glace. Ce sel est piégé sous la banquise, créant une concentration plus élevée de sel dans l'eau sous la banquise. Cette concentration de sel contribue à l'eau de la salinisation densité , et ce froid, plus dense des puits d'eau au fond de l'océan. Cette eau froide se déplace le long du fond océanique vers l'équateur, tandis que l'eau plus chaude à la surface de l'océan se déplace en direction des pôles. C'est ce qu'on appelle le « mouvement de la bande transporteuse » et c'est un processus qui se produit régulièrement.


La modélisation

Afin de mieux comprendre la variabilité, des modèles numériques de glace de mer sont utilisés pour effectuer des études de sensibilité . Les deux principaux ingrédients sont les dynamique de la glace et les propriétés thermodynamiques (voir Sea modélisation de l' émissivité de la glace , la mer processus de croissance de la glace et l' épaisseur des glaces de mer ). Il existe un certain nombre de codes informatiques de modèles de glace de mer disponibles pour ce faire, y compris la suite numérique CICE .

De nombreux modèles climatiques mondiaux (GCM) ont mis en œuvre la glace de mer dans leur schéma de simulation numérique afin de capturer correctement la rétroaction glace-albédo . Les exemples comprennent:

Le projet d'intercomparaison de modèles couplés propose un protocole standard pour l'étude des résultats des modèles couplés de circulation générale atmosphère-océan. Le couplage a lieu à l'interface atmosphère-océan où la glace de mer peut apparaître.

En plus de la modélisation globale, divers modèles régionaux traitent de la glace de mer. Des modèles régionaux sont utilisés pour les expériences de prévision saisonnière et pour les études de processus .

Écologie

La banquise fait partie de la biosphère terrestre . Lorsque l'eau de mer gèle, la glace est criblée de canaux remplis de saumure qui abritent des organismes sympathiques tels que des bactéries, des algues, des copépodes et des annélides, qui à leur tour fournissent de la nourriture à des animaux tels que le krill et des poissons spécialisés comme le chauve notothen , nourris à leur tour. par des animaux plus gros comme les manchots empereurs et les petits rorquals .

Un déclin de la banquise saisonnière met en péril la survie d'espèces arctiques telles que les phoques annelés et les ours polaires .

Voir également

Phénomène rare – la formation de boule de glace. Plage de Stroomi, Tallinn , Estonie .

Types ou caractéristiques de glace

  • Glace d'ancrage  - glace submergée ancrée au fond d'une rivière ou d'un fond marin
  • Glace de congélation  – Glace qui se forme au fond d'une couche de glace établie
  • Glace dérivante  - Glace de mer qui n'est pas attachée à la terre
  • Glace  côtière - Glace de mer qui est connectée au littoral, au fond marin le long des hauts-fonds ou aux icebergs échoués
  • Finger rafting  – Superposition de compression de la couverture de glace flottante en alternant les poussées et les poussées inférieures
  • Glace Frazil  - Collection de cristaux de glace lâches, orientés au hasard, en plaques ou discoïdes formés dans de l'eau turbulente en surfusion
  • Glace grasse  - Couche mince et moelleuse de cristaux de frasil regroupés, ce qui fait que la surface de l'océan ressemble à une nappe de pétrole
  • Iceberg  - Grand morceau de glace d'eau douce cassé d'un glacier ou d'une plate-forme de glace et flottant en eau libre
  • Ice chiné  - Mélange de types de glace de mer, des icebergs, et la neige sans Banquise clairement défini
  • Volcan de glace  - Monticule conique de glace formé sur un lac terrestre via l'éruption d'eau et de neige fondante à travers une plate-forme de glace
  • Plomb (glace de mer)  – Grande fracture dans la glace de mer créant une voie navigable
  • Glace en crêpe  – Forme de glace de mer constituée de morceaux ronds
  • Polynie  - Zone de mer non gelée à l'intérieur d'une banquise
  • Crête de pression (glace)  – Crête formée dans la banquise par accumulation de blocs de glace dans la convergence entre les floes
  • Glace pourrie
  • Gougeage du fond marin par la glace  – Processus qui se produit lorsque des éléments de glace flottante dérivent dans des zones moins profondes et que leur fond entre en contact avec et traîne le long d'un fond marin plus mou
  • Slush  – Mélange de neige et d'eau liquide
  • Stamukha  – Crête de pression au sol qui se développe généralement le long de la frontière entre la banquise côtière et la banquise dérivante
  • Sastrugi , également connu sous le nom de Zastruga - Rainures ou crêtes irrégulières et pointues formées sur une surface de neige

Physique et chimie

Sciences appliquées et travaux d'ingénierie

Les références


Glossaires de la glace de mer

Liens externes