Suite

5.5 : Le budget des glaciers - Géosciences

5.5 : Le budget des glaciers - Géosciences


Économie vs Régime

Tout d'abord, le terme accumulation s'applique à toutes les manières la masse de glace d'un glacier est ajoutée à un glacier, et le terme ablation s'applique à toutes les manières la glace de glacier est retirée d'un glacier.

Le terme économie fait référence à l'ampleur relative de l'accumulation et de l'ablation. On dit qu'un glacier avec une accumulation supérieure à l'ablation sur une certaine période (beaucoup plus longue qu'une seule année) a une économie positive, et gagne du volume de glace avec le temps. On dit qu'un glacier dont l'accumulation est inférieure à l'ablation a une économie négative, et perd du volume de glace avec le temps. Un glacier avec une économie positive non seulement s'épaissit mais étend également son terminus dans la direction descendante du glacier. Un glacier avec une économie négative s'amincit et le terminus recule vers le haut.

Le terme régime fait référence aux valeurs ou grandeurs absolues de l'accumulation et de l'ablation, indépendamment de leur équilibre. On dit qu'un glacier avec de grandes valeurs d'accumulation et d'ablation a un régime actif, alors qu'un glacier avec de petites valeurs d'accumulation et d'ablation est dit avoir une régime inactif. Il existe donc quatre combinaisons différentes d'économie et de régime.

Comptabilité des glaciers

La glace s'accumule sur un glacier par divers processus : neige (plus le grésil et d'autres précipitations solides), la pluie qui gèle sur ou dans le glacier, le givre, le givre et les avalanches. La neige est de loin le plus important d'entre eux.

Les modes d'ablation sont la fonte (plus le ruissellement et l'évaporation), la sublimation, la déflation par le vent et le vêlage. Les plus importants sont fusion et, pour les glaciers qui se terminent dans l'eau, vêlage.

Occupez un point d'observation fixe par rapport à la base rocheuse ou aux parois du glacier, et considérez n'importe quel point à la surface du glacier.
Regardez l'épaisseur verticale de l'eau (c'est-à-dire la hauteur équivalente à la glace solide) ajoutée ou perdue en un point.

Dans la comptabilité des glaciers, un concept important est le année d'équilibre: le temps entre deux dates successives avec une masse minimale de glace de glacier à un endroit donné sur le glacier. Remarque : les années de bilan ne sont pas nécessairement de 365 jours, car la période de masse de glace minimale dépend de la météo tout au long de l'année de bilan, et l'année de bilan peut différer d'un point à l'autre du glacier.

Imaginez que vous tracez un graphique montrant la hauteur verticale équivalente à la glace ajoutée ou soustraite en fonction du temps pour une année de bilan entière (Figure 5-1). (Le concept de « hauteur verticale équivalente à la glace » a-t-il un sens pour vous ? Vous devez convertir l'accumulation et l'ablation en épaisseur de glace.)

Maintenant, divisez le graphique de la figure 1 en parties positives et négatives (c'est-à-dire, monotone non croissant et monotone non décroissant), puis intégrez (c'est-à-dire gardez une trace d'une « somme courante ») les deux parties séparément pour obtenir un courbe d'accumulation Et un courbe d'ablation (Illustration 5-2). La différence entre la courbe d'accumulation et la courbe d'ablation est appelée la courbe de bilan massique. Cette courbe est en quelque sorte la changement net au fur et à mesure tout au long de l'année d'équilibre. Ne vous inquiétez pas, c'est principalement au-dessus de l'axe horizontal ; c'est uniquement parce que nous avons choisi de travailler sur la base de temps de hauteur minimale comme points de départ et de fin de l'année d'équilibre. La différence d'élévation de la courbe du bilan massique et de l'axe horizontal à la fin de l'année du bilan est la solde net sur l'année du bilan, positif à cet endroit particulier et en cette année particulière.

CONTEXTE : INTÉGRATION ET INTÉGRÉS

Ce n'est pas l'endroit pour une leçon de calcul à grande échelle, mais pour ceux d'entre vous qui n'ont pas été exposés aux beautés du calcul différentiel et intégral, voici le concept d'intégration et d'intégrales.

Tout d'abord, quelques mots sur les fonctions mathématiques. Vous pouvez considérer une fonction comme une boîte magique : vous mettez un nombre dans la boîte et une valeur est associée à ce nombre. Vous êtes probablement plus habitué à penser à une fonction en termes strictement mathématiques, sous la forme d'une équation comme oui = X2: insérez une valeur pour X, et la fonction vous donne la valeur de oui.

En mathématiques, le processus d'intégration implique une sommation des valeurs d'une fonction, car la valeur de la fonction varie sur sa plage. Si la fonction est définie uniquement sur une plage de valeurs discrètes de la variable d'entrée (1, 2, 3, ... , disons), alors la sommation est simple et directe. Vous l'avez tous fait. Mais qu'en est-il lorsque la fonction varie continuellement sur toutes les valeurs de la variable d'entrée, comme, par exemple, la fonction oui = X2 dessus? Il y a un grand saut conceptuel impliqué ici. Le processus mathématique par lequel la valeur de la fonction est additionnée en continu est appelé l'intégration, et la valeur de la somme ainsi obtenue est appelée un intégral.

Évidemment, ce n'est pas ici le lieu ni de développer le concept avec une rigueur mathématique ni de prescrire comment faire réellement l'intégration. Voici un exemple simple pour montrer les résultats. La figure 5-3 montre les résultats de l'intégration de la fonction oui=X2 de X=0 à X=2. La courbe de la figure 5-3 est celle de la fonction oui=X2, et la zone ombrée sous la courbe entre X = 0 et X = 2 représente la valeur de l'intégrale, qui s'avère être exactement 2/3. Votre bon sens vous dit qu'il doit être un peu inférieur à 1, ce qui serait ce qu'il serait si la fonction était la ligne droite oui = X/2.

Si quelqu'un vous mettait au défi de trouver une telle intégrale, sans vraiment savoir comment le faire mathématiquement, votre esprit intelligent pourrait trouver la stratégie de diviser le X axe en un grand nombre de petits segments et tracer des rectangles de valeur oui à leurs sommets, puis déterminer les zones de tous les petits rectangles et additionner toutes ces zones (Figure 5-4). Ce serait une bonne approximation de l'intégrale que vous voulez trouver. Si vous êtes encore plus pointu que cela dans de telles matières, vous pourriez imaginer rendre les rectangles de plus en plus fins, sans limite. À ce stade, vous seriez très proche du cœur du concept mathématique d'intégration !

Les courbes des figures 5-1 et 5-2 diffèrent d'une année à l'autre à un moment donné. De plus, évidemment, ils diffèrent grandement d'un point à l'autre : aux points hauts du glacier, il y a un solde net fortement positif, peut-être sans ablation toute l'année, alors qu'à bas sur le glacier, il y a probablement un solde fortement négatif, avec peu d'accumulation on peut supposer qu'il y en a toujours) mais beaucoup d'ablation.

La figure 5-5 est un graphique de la hauteur équivalente à la glace gagnée par accumulation et perdue par ablation en fonction de l'altitude sur un glacier donné. Dans la partie droite du graphique, en haut du glacier, l'accumulation est supérieure à l'ablation, alors que dans la partie gauche du graphique, en bas sur le glacier, l'ablation est supérieure à l'accumulation. A une certaine élévation les deux courbes se coupent ; cette élévation est appelée la ligne d'équilibre. En amont du glacier, il reste encore une partie de l'eau solide de l'année dernière (névés et glace de glacier) lorsqu'une nouvelle accumulation commence au début de la nouvelle année budgétaire ; vers le bas du glacier, toute la neige de l'année dernière a fondu avant que de nouvelles accumulations ne commencent. (Ne vous inquiétez pas des aires sous les courbes ; elles n'ont pas besoin d'être égales, car elles dépendent de la répartition de la superficie du glacier avec l'altitude.)

Une autre chose que vous pouvez faire est d'intégrer les courbes d'accumulation et d'ablation de la figure 5-2 sur toute la surface du glacier pour obtenir l'accumulation et l'ablation totales. Le résultat ressemblerait à quelque chose comme la figure 5-6. Un peu de réflexion devrait vous convaincre que la masse du glacier est inchangée au cours d'une année d'équilibre donnée si et seulement si la zone 1 est égale à la zone 2. Si A1 < Un2, le bilan pour cette année est négatif, et le glacier perd de la masse ; si un1 > Un2, le bilan de cette année est positif et le glacier gagne en masse.

Il est très difficile d'obtenir des courbes d'accumulation et d'ablation en certains points d'un glacier. Il est plus facile de mesurer (c. Comment? Creusez des fosses jusqu'à la neige de l'année dernière dans la zone d'accumulation, puis mesurez l'ablation à des piquets fixes dans la zone d'ablation. (Il y a une certaine distorsion impliquée, en raison du mouvement des glaciers.) Le suivi de l'accumulation et de l'ablation en fonction du temps, comme dans la figure 5-4, prend beaucoup de temps.

SUJET AVANCÉ : LA SITUATION AUTOUR DE LA LIGNE EQUILIBRIUM

Les caractéristiques et les relations près de la surface du glacier autour de la ligne d'équilibre sont plus compliquées que je ne l'ai indiqué jusqu'à présent. Pour le voir, imaginez un relevé de la tête au pied du glacier à la fin de la saison de fonte estivale, pour observer les matériaux proches de la surface (Figure 5-7). Voici quelques commentaires sur les différentes zones étiquetées dans la Figure 5-7.

  • zone de neige sèche : pas de fonte même en été.
  • zone de percolation : une certaine fonte en surface en été. L'eau s'infiltre dans la neige à 0°C et regel, réchauffant ainsi la neige environnante. Deux formes caractéristiques de glace se déposent : couches de glace ou alors lentilles de glace, formé lorsque l'eau se répand à un horizon relativement imperméable, et tuyaux de glace ou alors glandes de glace, formé par le gel des canaux d'eau verticaux. La profondeur de saturation augmente vers le bas glaciaire jusqu'à la ligne de saturation - le point où à la fin de l'été toute la neige déposée depuis la fin de l'été précédent a été saturée.
  • zone imbibée : à la fin de l'été, toute la neige de l'année en cours est saturée et portée à 0°C. Une partie de l'eau de fonte s'infiltre également dans des couches plus profondes.
  • zone de glace superposée : dans la partie inférieure de la zone détrempée, à des altitudes inférieures, il y a tellement d'eau de fonte que les couches de glace et les plaques parmi le névé se confondent pour former une masse continue de glace, appelée glace superposée. La fonte estivale expose cette glace. La partie exposée qui reste à la fin de la saison de fonte est appelée la zone de glace superposée. le ligne de névé (la limite entre la neige de l'année en cours et la nouvelle glace) est facile à trouver.
  • zone d'ablation : la zone au-dessous de laquelle tout le névé et la glace superposée de l'année en cours ont fondu, pour exposer la glace plus ancienne.

Tout cela est hautement idéalisé. La plupart des glaciers n'affichent pas toutes les zones, ou du moins pas toutes les saisons. La zone de neige sèche peut être absente; la fonte élimine toute la glace superposée si le solde net est négatif ; et l'importance relative de l'évaporation et de la percolation varie. Dans une série d'années négatives, on peut souvent voir plusieurs « lignes de névé » ou « bords de névé » si le développement de la glace superposée n'est pas important (Figure 5-8).

Un concept étroitement lié à la ligne d'équilibre est le limite des neiges annuelle: la limite inférieure de la neige de l'année en cours à la surface du glacier. Quels sont les contrôles sur la ligne des neiges ? Surtout précipitations hivernales et température estivale. La limite des neiges annuelle est la manifestation locale de ce qu'on appelle le limite des neiges régionale: une bande d'une largeur allant jusqu'à quelques centaines de mètres d'altitude dans laquelle la limite des neiges locale se situe à l'échelle régionale (cette bande est inégale localement mais très cohérente au niveau régional.) La figure 5-9 montre la position moyenne de la limite des neiges régionale en tant que fonction de la latitude, ainsi que les précipitations moyennes.