Les chercheurs ont utilisé des données collectées sur plus de 120 ans pour comprendre comment la fonte des glaces, l’épuisement des eaux souterraines et l’élévation du niveau de la mer affectent l’axe de rotation de la planète et augmentent la durée du jour.
Les jours sur Terre rallongent un peu et le changement s’accélère. La raison est liée aux mêmes mécanismes qui ont également provoqué un déplacement de l’axe de la planète d’environ 30 pieds (10 mètres) au cours des 120 dernières années. Les résultats proviennent de deux études récentes financées par la NASA qui se sont concentrées sur la manière dont la redistribution de la glace et de l’eau liée au climat affectait la rotation de la Terre.
Cette redistribution se produit lorsque les calottes glaciaires et les glaciers fondent plus qu’ils ne croissent à cause des chutes de neige, et lorsque les aquifères perdent plus d’eau souterraine qu’ils n’en sont reconstitués par les précipitations. Ces déplacements de masse qui en résultent provoquent une oscillation de la planète lors de sa rotation et un déplacement de son axe, un phénomène appelé mouvement polaire. Ils provoquent également un ralentissement de la rotation de la Terre, mesuré par l’allongement du jour. Ces deux phénomènes sont enregistrés depuis 1900.
En analysant le mouvement des pôles sur 12 décennies, les scientifiques ont attribué la quasi-totalité des fluctuations périodiques de la position de l’axe aux changements des eaux souterraines, des calottes glaciaires, des glaciers et du niveau de la mer. Selon un article récemment publié dans Nature Geoscience, les changements de masse survenus au cours du XXe siècle étaient en grande partie le résultat de cycles climatiques naturels.
Les mêmes chercheurs se sont associés pour une étude de suivi axée sur la durée de la journée. Ils ont constaté que depuis 2000, les jours ont augmenté d’environ 1,33 millisecondes tous les 100 ans, à un rythme plus rapide qu’à tout autre moment au cours du siècle précédent. Cause: Fonte accélérée des glaciers et des calottes glaciaires en Antarctique et au Groenland en raison des émissions de gaz à effet de serre d’origine humaine. Leurs résultats ont été publiés le 15 juillet dans les Actes de l’Académie nationale des sciences.
L’Arctique est capturé dans cette visualisation de 2010 à l’aide des données du satellite Aqua de la NASA. Une nouvelle étude quantifie la manière dont les processus climatiques, notamment la fonte des calottes glaciaires et des glaciers, contrôlent le mouvement des pôles. Une autre étude examine comment les eaux de fonte polaires accélèrent l’allongement des jours sur Terre. Studio de visualisation scientifique de la NASA
« Le message général de ces deux articles est que les changements climatiques à la surface de la Terre, qu’ils soient causés ou non par l’activité humaine, sont de puissants moteurs des changements que nous observons dans la rotation de la planète », a déclaré Surendra Adhikari, co-auteur des deux articles et géophysicien au Jet Propulsion Laboratory de la NASA en Californie du Sud.
Au début, les scientifiques suivaient le mouvement des pôles en mesurant le mouvement apparent des étoiles. Ils sont ensuite passés à l’interférométrie à très longue base, qui analyse les signaux radio des quasars, ou à la télémétrie laser par satellite, qui dirige les lasers vers les satellites.
Les chercheurs ont longtemps supposé que le mouvement des pôles était le résultat d’une combinaison de processus à l’intérieur de la Terre et à sa surface. Ce qui est moins clair, c’est à quel point chaque processus déplace l’axe et quel effet chacun a – des mouvements cycliques qui se répètent sur des périodes de plusieurs semaines à plusieurs décennies, ou une dérive constante sur des siècles ou des millénaires.
Pour leur article, les chercheurs ont utilisé des algorithmes d’apprentissage automatique pour analyser l’enregistrement de 120 ans. Ils ont découvert que 90% des fluctuations répétées entre 1900 et 2018 peuvent s’expliquer par des changements dans les eaux souterraines, les calottes glaciaires, les glaciers et le niveau de la mer. Le reste était en grande partie dû à la dynamique interne de la Terre, comme les oscillations dues à l’inclinaison du noyau interne par rapport au corps principal de la planète.
Les mouvements polaires associés aux changements de masse en surface se sont répétés plusieurs fois environ tous les 25 ans au cours du 20e siècle, ce qui a amené les chercheurs à croire qu’ils étaient en grande partie dus aux changements climatiques naturels. Des travaux antérieurs ont établi des liens entre le mouvement ultérieur des pôles et l’activité humaine, notamment les travaux d’Adhikari, qui attribuaient le déplacement soudain de l’axe vers l’est (à partir de 2000 environ) à la fonte plus rapide des calottes glaciaires du Groenland et de l’Antarctique et à l’épuisement des eaux souterraines en Eurasie.
L’étude s’est concentrée sur les deux dernières décennies, au cours desquelles la perte des eaux souterraines et des glaces ainsi que l’élévation du niveau de la mer, toutes mesurées par satellite, étaient étroitement liées au changement climatique d’origine humaine.
Les scientifiques ont découvert que la fonte des glaces au Groenland et dans les régions polaires provoque une élévation du niveau de la mer, déplaçant la masse autour de la planète et ralentissant sa rotation. NASA
Il est «dans une certaine mesure vrai » que l’activité humaine influence le mouvement des pôles, a déclaré Mostafa Kiani Shahvandi, auteur principal des deux articles et doctorant à l’université suisse ETH Zurich. « Mais il existe des modes naturels dans le système climatique qui ont une influence majeure sur les variations du mouvement des pôles. »
L’emplacement de l’axe de rotation de la Terre s’est déplacé d’environ 30 pieds (10 mètres) entre 1900 et 2023, comme le montre cette animation. Une étude récente a révélé qu’environ 90 % des variations périodiques du mouvement polaire peuvent s’expliquer par la fonte des calottes glaciaires et des glaciers, la diminution des eaux souterraines et l’élévation du niveau de la mer.
Pour le deuxième article, les auteurs ont utilisé des observations satellitaires du changement de masse de la mission GRACE (abréviation de Gravity Recovery and Climate Experiment) et de sa suite GRACE-FO, ainsi que des études antérieures de bilan de masse analysant les effets des changements dans les eaux souterraines, la glace. les nappes phréatiques et les glaciers jusqu’à l’élévation du niveau de la mer au 20e siècle pour reconstituer les changements de durée du jour provoqués par ces facteurs de 1900 à 2018.
Les scientifiques savent, grâce aux enregistrements historiques des éclipses, que la durée des jours a augmenté au fil des millénaires. Bien que cela soit presque imperceptible pour les humains, ce retard doit être pris en compte puisque de nombreuses technologies modernes, dont le GPS, reposent sur une mesure précise du temps.
Au cours des dernières décennies, la fonte plus rapide des calottes glaciaires a déplacé la masse des pôles vers l’océan équatorial. Cet alignement provoque un ralentissement de la Terre et un allongement des jours.
Les auteurs ont remarqué une augmentation du taux d’allongement des jours juste après 2000, un changement étroitement corrélé avec des observations indépendantes de l’alignement. Entre 2000 et 2018, le taux d’augmentation de la durée du jour dû au mouvement de la glace et des eaux souterraines était de 1,33 milliseconde par siècle, soit plus rapide que n’importe quelle période des 100 années précédentes, où il variait entre 0,3 et 1,0 milliseconde pendant un siècle.
Les chercheurs notent que l’extension provoquée par les changements dans les glaces et les eaux souterraines pourrait ralentir d’ici 2100 dans un scénario climatique de réductions significatives des émissions. (Même si les émissions s’arrêtaient aujourd’hui, les gaz précédemment libérés, notamment le dioxyde de carbone, persisteraient pendant des décennies.)
Si les émissions continuent d’augmenter, l’allongement des jours dû au changement climatique pourrait atteindre 2,62 millisecondes par siècle, dépassant l’effet de la gravité lunaire sur les marées, qui a augmenté la durée des jours sur Terre de 2,4 millisecondes en moyenne par siècle. Cet effet, appelé friction des marées lunaires, est la principale raison de l’augmentation de la durée du jour sur Terre depuis des milliards d’années.
La nouvelle mission climatique de la NASA a commencé à collecter des données sur la quantité de chaleur sous forme de rayonnement infrarouge lointain que les environnements arctique et antarctique émettent dans l’espace. Ces mesures de l’énergie rayonnante polaire dans l’expérience dans l’infrarouge lointain (PREFIRE) sont essentielles pour mieux prédire comment le changement climatique affectera la glace, les mers et les conditions météorologiques de la Terre – des informations qui aideront l’humanité à mieux se préparer à un monde en évolution.
L’un des deux satellites cubiques PREFIRE de la taille d’une boîte à chaussures, ou CubeSats, a été lancé le 25 mai depuis la Nouvelle-Zélande, et son jumeau a été lancé le 5 juin. Le premier CubeSat a commencé à envoyer des données scientifiques le 1er juillet. Le deuxième CubeSat a commencé à collecter des données scientifiques le 25 juillet et la mission publiera des données une fois qu’un problème avec le système GPS du CubeSat sera résolu.
La mission PREFIRE aidera les chercheurs à mieux comprendre quand et où l’Arctique et l’Antarctique émettent des rayonnements infrarouges lointains (longueurs d’onde supérieures à 15 micromètres) dans l’espace. Cela inclut la façon dont la vapeur d’eau atmosphérique et les nuages affectent la quantité de chaleur qui quitte la Terre. Étant donné que les nuages et la vapeur d’eau peuvent piéger le rayonnement infrarouge lointain près de la surface de la Terre, ils peuvent augmenter les températures mondiales selon un processus connu sous le nom d’effet de serre. C’est à ce moment-là que les gaz présents dans l’atmosphère terrestre, tels que le dioxyde de carbone, le méthane et la vapeur d’eau, agissent comme des isolants, empêchant la chaleur émise par la planète de s’échapper dans l’espace.
«Nous recherchons constamment de nouvelles façons d’observer la planète et de combler les lacunes critiques de nos connaissances. Avec des CubeSats comme PREFIRE, nous faisons les deux», a déclaré Karen St. Germain, directrice des sciences de la Terre au siège de la NASA à Washington. « La mission, qui fait partie de notre programme Earth Venture sélectionné par concours, est un excellent exemple de la science innovante que nous pouvons réaliser grâce à la collaboration avec des universités et des partenaires industriels. »
La Terre absorbe la majeure partie de l’énergie du Soleil sous les tropiques ; les conditions météorologiques et les courants océaniques transportent cette chaleur vers l’Arctique et l’Antarctique, qui reçoivent beaucoup moins de lumière solaire. L’environnement polaire – notamment la glace, la neige et les nuages – rayonne une grande partie de cette chaleur dans l’espace, en grande partie sous forme de rayonnement infrarouge lointain. Mais ces émissions n’ont jamais été mesurées systématiquement, et c’est là qu’intervient PREFIRE.
« C’est tellement excitant de voir les données arriver », a déclaré Tristan L’Ecuyer, chercheur principal du PREFIRE et climatologue à l’Université du Wisconsin-Madison. « Grâce à l’ajout des mesures infrarouges lointaines de PREFIRE, nous observons pour la première fois le spectre complet de l’énergie que la Terre émet dans l’espace, ce qui est essentiel à la compréhension du changement climatique. »
Cette visualisation des données PREFIRE montre les températures de luminosité, ou l’intensité du rayonnement émis par la Terre à plusieurs longueurs d’onde, y compris l’infrarouge lointain. Les couleurs jaune et rouge indiquent des émissions plus intenses provenant de la surface de la Terre, tandis que le bleu et le vert représentent des intensités d’émission plus faibles, coïncidant avec des zones plus froides à la surface ou dans l’atmosphère.
La visualisation commence par montrer les données d’émission dans l’infrarouge moyen (longueurs d’onde comprises entre 4 et 15 micromètres) collectées début juillet lors de plusieurs orbites polaires du premier CubeSat lancé. Elle zoome ensuite sur deux survols du Groenland. Les traces orbitales s’étendent verticalement pour montrer l’évolution du rayonnement infrarouge lointain dans l’atmosphère. La visualisation se termine en se concentrant sur la zone où les deux passages se croisent, montrant comment l’intensité du rayonnement infrarouge lointain a changé au cours des neuf heures séparant les deux orbites.
Les deux PREFIRE CubeSats sont sur des orbites circumpolaires asynchrones, ce qui signifie qu’ils survolent les mêmes endroits dans l’Arctique et l’Antarctique à quelques heures d’intervalle, collectant les mêmes données. Cela donne aux chercheurs une série chronologique de mesures qu’ils peuvent utiliser pour étudier des phénomènes à relativement court terme, tels que la fonte des calottes glaciaires ou la formation de nuages, et leur impact sur le rayonnement infrarouge lointain au fil du temps.
La mission PREFIRE a été développée conjointement par la NASA et l’Université du Wisconsin-Madison. Division Caltech de Pasadena, en Californie, le Jet Propulsion Laboratory de la NASA gère la mission pour le compte de la Direction des missions scientifiques de la NASA et a fourni les spectromètres. Blue Canyon Technologies a construit et exploite désormais les CubeSats, et l’Université du Wisconsin-Madison traite et analyse les données collectées par les instruments.
