Weisen Shen du SBU reçoit plus de 625 000 $ pour étudier les terres situées sous la glace du pôle Sud

Par Daniel Dunaïef

S'il est facile de voir et d'étudier les matériaux dans les vallées ou au sommet des montagnes dénudées, il est beaucoup plus difficile de savoir ce qui se cache sous 2,7 kilomètres de glace. Il s’avère que ce genre de question est bien plus qu’académique ou hypothétique.

Au pôle Sud, les glaciers se trouvent au sommet de terres qui ne voient jamais la lumière du jour, mais qui sont importantes pour l’avenir de villes comme Manhattan et Boston.

Les terres solides situées sous les glaciers ont un effet important sur le mouvement de la calotte glaciaire, ce qui peut avoir un impact sur la vitesse de fonte des glaces et sur le changement du niveau de la mer.

Weisen Shen, professeur adjoint au département de géosciences de l'université de Stony Brook, a récemment reçu plus de 625 000 dollars sur cinq ans de la part de la National Science Foundation pour étudier les terres inexplorées situées sous la calotte glaciaire de l'Antarctique oriental, au pôle Sud.

Les eaux et les hydrosystèmes sous-glaciaires, ainsi que la géologie telle que les sédiments ou les roches dures, affectent la dynamique et contribuent à la vitesse de déplacement de la calotte glaciaire.

Une fois que Shen aura mieux compris les matériaux sous la glace, y compris l'eau glaciaire, il pourra poursuivre ses recherches avec d'autres chercheurs pour interpréter les implications de la dynamique de la calotte glaciaire.

"Nous pouvons mieux prédire quelle sera la contribution de la calotte glaciaire de l'Antarctique au changement du niveau de la mer", ce qui offrira aux modélisateurs un moyen d'évaluer l'impact probable du réchauffement climatique dans les décennies à venir, a-t-il déclaré.

Utiliser des données sismiques

À partir de novembre prochain, Shen et les étudiants diplômés Siyuan Sui, Thomas Reilly et Hanxiao Wu s'aventureront pendant deux mois au pôle Sud avec des moniteurs sismiques.

En plaçant 183 nœuds sismiques et en installant huit stations sismiques à large bande supplémentaires, Shen et son équipe quantifieront les propriétés sismiques et, éventuellement, les utiliseront pour déduire la structure de composition, de densité et de température de la croûte et du manteau supérieur.

La température au moment où ils placeront ces moniteurs sera de 10 à 30 degrés en dessous de 0 degré Fahrenheit. Ils devront creuser un peu pour déployer ces capteurs près de la surface.

Bien que le pôle Sud soit considéré comme géologiquement stable, des signes de fonte sous-glaciaire suggèrent que la croûte pourrait contenir une concentration plus élevée d'éléments hautement radioactifs tels que l'uranium, le thorium et le potassium.

Ces éléments naturels « produisent de la chaleur tout le temps », a expliqué Shen.

Le processus et l’analyse des ondes sismiques fonctionnent de la même manière que pour l’étude d’un prisme. L’examen de la réfraction de la lumière qui entre et sort du prisme sous différents angles peut aider les chercheurs à différencier la lumière de différentes fréquences, révélant ainsi des indices sur la structure et la composition du prisme.

Les matériaux terrestres, quant à eux, provoqueront également une différenciation de la vitesse des ondes de surface en fonction de leurs fréquences. La différenciation des vitesses est appelée « dispersion », que Shen et son équipe utiliseront pour quantifier les propriétés sismiques. La région dispose de suffisamment de vagues naturelles pour que Shen n'ait pas besoin de générer de vagues d'énergie artificielles.

« Nous surveillons attentivement la vitesse à laquelle [l'énergie sismique] se déplace » pour déterminer la température, la densité et le type de roche, a déclaré Shen.

L'eau sous le glacier peut agir comme un toboggan, facilitant ainsi le déplacement du glacier.

Certains grands lacs de l'Antarctique, comme le lac Vostok, ont été cartographiés. La profondeur et les contours des lacs sous-glaciaires proches du pôle Sud restent toutefois flous.

"Nous devons utiliser de nombreuses méthodes différentes pour étudier cela", a déclaré Shen.

Le chercheur de Stony Brook collaborera avec ses collègues pour combiner ses résultats sismiques avec d'autres types de données, telles que celles du radar, afin d'examiner les structures sous-glaciaires.

Les travaux nécessiteront trois années de collecte de données sur le terrain et deux années d'analyse.

Volet pédagogique

En plus de rassembler et d’analyser des données, Shen a ajouté une composante pédagogique importante à l’étude. Pour la première fois, il amènera le Dr Rebecca Grella, professeur de sciences à l'école secondaire Brentwood. Diplômée d'un doctorat du programme d'écologie et de biologie évolutive de l'université de Stony Brook, Grella donnera des conférences et des cours à distance depuis le terrain.