Le mystère des aurores boréales // The mystery of northern lights

Cette note n’a pas pour sujet les volcans ou les glaciers mais les aurores boréales – aurora borealis – un phénomène qui fascine ceux qui visitent l’Arctique ou l’Antarctique où l’on peut observer les glaciers et les calottes glaciaires.

On peut lire sur l’excellent site Web The Watchers qu’une nouvelle étude conduite par des scientifiques de l’Institut de recherche environnementale Espace-Terre de l’Université de Nagoya (Japon) a révélé un mécanisme inconnu de la magnétosphère dans lequel les électrons en provenance du Soleil sont propulsés par une énergie électrique plus puissante qu’on ne le pensait jusqu’à présent.

La formation des aurores boréales et australes commence lorsque du plasma est propulsé à très grande vitesse dans l’espace par le Soleil sous forme de particules chargées. Lorsque ces particules se rapprochent de la Terre, elles sont déviées et canalisées, et vont circuler le long des lignes de champ magnétique pour finalement se diriger vers les pôles. La plupart des électrons de la magnétosphère n’atteignent pas l’ionosphère (haute atmosphère) car ils sont repoussés par le champ magnétique terrestre.

Certaines particules accélèrent leur course dans la haute atmosphère terrestre où elles entrent en collision avec des atomes d’oxygène et d’azote qu’elles excitent à une altitude d’environ 100 km. Lorsque les atomes se défont de leur état d’excitation, ils produisent des aurores boréales.

Cependant, de nombreux détails sur ce processus sont encore mystérieux. Par exemple, on ne connaît pas avec précision la manière dont est généré le champ électrique qui accélère les électrons dans l’ionosphère, ni même sa hauteur au-dessus de la Terre. Les scientifiques pensaient jusqu’à présent que l’accélération se produisait à des altitudes comprises entre 1 000 et 20 000 km au-dessus de la Terre. La nouvelle étude montre que la zone d’accélération s’étend au-delà de 30 000 km. Elle montre aussi que le champ électrique qui accélère les particules aurorales peut exister à n’importe quelle hauteur le long d’une ligne de champ magnétique et n’est pas limité à la région de transition entre l’ionosphère et la magnétosphère à plusieurs milliers de kilomètres. Cela laisse supposer que des mécanismes magnétosphériques inconnus entrent en jeu.

L’équipe scientifique a étudié aux États-Unis et au Canada les données d’imageurs fournies par le détecteur d’électrons du satellite japonais Arase. Les données ont été collectées à partir de septembre 2017, au moment où Arase se trouvait à une altitude d’environ 30000 km et dans un mince arc auroral actif pendant quelques minutes.

Les chercheurs ont pu mesurer les mouvements ascendants et descendants des électrons et des photons, ce qui a révélé que la zone d’accélération des électrons commençait au-dessus du satellite et s’étendait en dessous.

Afin d’approfondir l’étude de la zone d’accélération à haute altitude, le prochain objectif de l’équipe scientifique sera d’analyser les données fournies par plusieurs événements d’aurores boréales, de comparer les observations de haute et de basse altitude et de réaliser des simulations numériques du potentiel électrique.

Les chercheurs expliquent que si l’on comprend comment se forme ce champ électrique, on comblera les lacunes dans la compréhension de la formation des aurores et dans le transport d’électrons sur Terre et d’autres planètes comme Jupiter et Saturne.

Référence :  « Active auroral arc powered by accelerated electrons from very high altitudes » – Imajo, S., et al. – Scientific Reports.

Source: The Watchers.

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This post is not about volcanoes or glaciers but about Northern Lights – aurora borealis – a phenomenon that fascinates those who visit the Arctic or the Antarctic where glaciers and ice sheets can be observed.

We can read on the excellent website The Watchers that new research by scientists at Nagoya University’s Institute for Space-Earth Environmental Research has revealed an unknown mechanism of the magnetosphere in which electrons from the Sun are propelled by electrical energy higher than previously thought, ultimately creating displays of northern and southern lights.

The formation of auroras starts with supersonic plasma propelled from the Sun as high-speed, charged particles into space. When these particles get near Earth, they are deflected and funneled in streams along the magnetic field lines, flowing towards the poles eventually.

Most electrons in the magnetosphere don’t reach the ionosphere (upper atmosphere) because they are repelled by the Earth’s magnetic field.

Some particles are accelerated into the Earth’s upper atmosphere, where they collide with and excite oxygen and nitrogen atoms at an altitude of roughly 100 km. When the atoms relax from their state of excitation, they emit the auroras. However, many details about this process are still unknown. For instance, we don’t know all the details of how the electric field that accelerates electrons into the ionosphere is generated or even how high above Earth it is.

Scientists previously believed that acceleration happened at altitudes between 1 000 and 20 000 km above the Earth. The new research reveals that the acceleration region spreads beyond 30 000 km. It shows that the electric field that accelerates auroral particles can exist at any height along a magnetic field line and is not limited to the transition region between the ionosphere and magnetosphere at several thousand kilometres. This suggests that unknown magnetospheric mechanisms are at play.

The scientific team studied data from ground-based imagers in the U.S. and Canada from the electron detector on the Japanese satellite, Arase. The data was taken from September 2017, when Arase was at an altitude of about 30 000 km and located within a thin active auroral arc for a few minutes.

The researchers were able to measure the upward and downward movements of electrons and photons, eventually finding the acceleration region of electrons began above the satellite and extended below.

To further investigate the high-altitude acceleration region, the team’s next goal is to analyze data from multiple aurora events, compare observations of high and low altitudes, and conduct numerical simulations of electric potential.

The researchers explain that understanding how this electric field forms will fill in gaps for understanding aurora emission and electron transport on Earth and other planets, including Jupiter and Saturn.

Reference

« Active auroral arc powered by accelerated electrons from very high altitudes » – Imajo, S., et al. – Scientific Reports.

Source: The Watchers.

Photo : C. Grandpey

La vie sous la banquise antarctique // Life beneath the Antarctic ice shelf

Le 26 février 2021, un énorme iceberg baptisé A74, d’une superficie d’environ 1290 km2, s’est détaché de la plateforme glaciaire de Brunt en Antarctique. Quelques jours plus tard, le Polarstern, un navire scientifique géré par l’Institut Alfred Wegener, qui effectuait des recherches dans l’est de la mer de Weddell, a réussi à se frayer un passage dans la zone étroite entre l’A74 et la plateforme Brunt. Les scientifiques ont pu étudier les fonds marins qui venaient d’être libres de glace suite au vêlage de l’iceberg.

Les équipes scientifiques essaient fréquemment de sonder les eaux sous les plateformes glaciaires juste après un vêlage pour mieux comprendre la vie de ces écosystèmes uniques, mais la tâche n’est pas facile. Il faut être au bon endroit au bon moment, et très souvent la glace de mer empêche un navire de recherche de se positionner au-dessus de sa cible.

Le Polarstern utilise un système d’observation et de bathymétrie du plancher océanique (OFOBS). Il s’agit d’un ensemble d’instruments sophistiqués qui est remorqué en profondeur derrière le navire. En cinq heures, les instruments ont pu collecté près de 1 000 images haute résolution et de longues séquences vidéo.

La glace avait recouvert pendant de longues années la zone où se trouvait l’A74. Malgré cela, une vie riche et diversifiée a pu s’établir sur le fond marin. Sur les images, on peut voir de nombreux animaux sessiles agrippés à un grand nombre de petites pierres éparpillées sur le fond marin recouvert de sédiments. La majorité de ces êtres vivants sont des organismes filtreurs qui parviennent à vivre sur des matériaux fins transportés sous la glace au cours des dernières décennies. Une faune mobile comprenant des holothuries, des ophiures, divers mollusques, ainsi qu’au moins cinq espèces de poissons et deux espèces de poulpes a également été observée.

Selon les chercheurs, il n’est pas vraiment surprenant de trouver ce genre de communauté aussi profond sous la banquise, mais cela montre qu’il existe une bonne réserve de nourriture à une telle profondeur. Cette nourriture est produite par le plancton qui prolifère à la surface de la mer grâce à la lumière du soleil et qui est ensuite entraîné sous la banquise par les courants de la mer de Weddell. Ce sont ces mêmes courants qui déplaceront l’iceberg A74 vers l’ouest. Il fera le tour de la mer de Weddell puis se dirigera vers le nord avant d’aller mourir dans l’Océan Austral.

La partie orientale de la mer de Weddell est intéressante car elle n’a pas subi les effets du réchauffement climatique autant que le secteur ouest à proximité de la Péninsule Antarctique. Cette situation ne durera peut-être pas car des modèles informatiques montrent qu’il pourrait y avoir des incursions régulières d’eau chaude océanique en provenance du nord d’ici la fin du siècle.

Source: La BBC.

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On February 26th, 2021, a huge iceberg called A 74 with an area of about 1,290 sq km, broke away from the Brunt ice shelf in Antarctica. A few days later, the Polarstern, a scientific vessel run by the Alfred Wegener Institute, which was doing research in the eastern Weddell Sea, managed to visit the narrow area of seafloor between A74 and the Brunt Ice Shelf which had just been exposed by the calving iceberg.

Research groups frequently try to probe waters below freshly calved ice shelves, to better understand how these unique ecosystems operate, but success is not easy. You have to be in the right place in Antarctica at just the right time, and often the sea-ice conditions simply won’t let a research ship get into position above the target site.

The Polarstern employs an Ocean Floor Observation and Bathymetry System (OFOBS). This is a sophisticated instrument package that is towed behind the ship at depth.

Over five hours, the system collected almost 1,000 high-resolution images and long sequences of video.

Despite the years of continuous ice coverage, a developed and diverse seafloor community was observed. In the images, numerous sessile animals can be seen attached to various small stones scattered liberally across the soft seafloor. The majority of these are filter-feeding organisms, presumably subsisting on fine material transported under the ice over these last decades. Some mobile fauna, such as holothurians, ophiuroids, various molluscs, as well as at least five species of fish and two species of octopus were also observed.

According to the researchers, finding this kind of community this far under the ice shelf is not surprising but it is a good indication that there is a rich supply of food reaching very deep under the ice shelf. This food is produced by plankton in the sunlit sea surface nearby, then dragged under the ice shelf by the currents of the Weddell Sea. These same currents will eventually move the iceberg westward around the Weddell Sea and then northwards to its doom in the Southern Ocean. .

The Weddell Sea’s eastern side is interesting because it has not witnessed the warming effects that have been observed in its western sector, next to the Antarctic Peninsula. This situation may not last, however, with computer models suggesting there could be regular incursions of warm ocean water from the north by the century’s end.

Source: The BBC.

Image satellite de l’iceberg A74 et du chenal emprunté par le Polarstern que l’on aperçoit sur la vignette (Source : Copernicus / Sentinel 2)

Polar Pod, un laboratoire flottant en Antactique

Jean-Louis Etienne intervient fréquemment dans les médias ces jours-ci. La raison est facile à comprendre : il est en train de lancer officiellement sa prochaine expédition à bord du Polar Pod autour du continent antarctique.

Le projet initial prévoyait une mise en œuvre à partir de 2015 mais des retards sont intervenus. Il y a quatre ans, à l’occasion d’une rencontre avec Jean-Louis Etienne, à laquelle participait également Laurent Ballesta, l’explorateur nous avait fait part des retards probables au niveau du financement du projet. Aujourd’hui, la situation a évolué favorablement et la mission antarctique devrait débuter fin 2023.

Le Polar Pod est un grand flotteur vertical de 100 mètres de haut dont 80 sont immergés pour plus de stabilité, avec un poids total de 1000 tonnes. De chaque côté du flotteur ont été arrimées deux passerelles sur lesquelles on peut mettre des voiles permettant d’infléchir légèrement la trajectoire de navigation..

Se laissant entraîner par le courant circumpolaire, le Polar Pod devrait réaliser deux tours de l’Antarctique. L’objectif de l’expédition est de recueillir des données sur le climat, la biodiversité et la pollution, dans cette région du monde qui est un élément essentiel de la régulation du climat. Les eaux froides autour de l’Antarctique absorbent, selon les scientifiques, 40 % des émissions de gaz carbonique d’origine anthropique. Il est également prévu de faire un inventaire de la faune locale par acoustique parce que le Polar Pod est un navire totalement silencieux.

Jean-Louis Etienne m’avait indiqué par ailleurs que la pédagogie serait présente dans le projet et qu’une communication avec les établissements scolaires serait mise en place.

Source : Jean-Louis Etienne

L’orque et le manchot // The killer whale and the penguin

Voici une histoire comme je les aime. Elle a pour cadre l’Antarctique , et plus précisément le détroit de Gerlache, un étroit bras de mer qui sépare l’archipel de Palmer de la Péninsule antarctique. Plusieurs groupes de touristes naviguaient à bord de zodiacs pour observer les icebergs et la faune de la région. L’un des touristes filmait un groupe d’orques en train de chasser des manchots.

C’est alors qu’un manchot papou est apparu, essayant d’échapper à la poursuite acharnée des épaulards. Tout le monde dans les embarcations était persuadé que les orques gagneraient facilement la course et avaleraient le manchot, mais ce dernier avait plus d’un tour dans son sac. Il a échappé à une mort certaine en sautant à bord d’un zodiac! Heureusement, l’orque n’a pas eu la même idée! Sur la vidéo, on voit que le manchot a l’air remarquablement calme et pas perturbé par cette situation insolite. Au bout d’un certain temps, une fois que les bateaux se sont éloignés des orques, le passager clandestin a plongé dans l’eau et retrouvé son élément naturel. Voici une vidéo de la scène:

https://youtu.be/Ljx-czk4B80

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Here is one of the stories I am fond of. This one took place in Antarctica’s Gerlache Strait, a channel separating the Palmer Archipelago from the Antarctic Peninsula. Several groups of tourists were cruising onboard zodiacs, looking for icebergs and the fauna in the region. One of the tourists was filming a pod of killer whales chasing penguins through the water.

And then, a gentoo penguin appeared, swimming away from the orcas’ dogged pursuit. Everyone thought the orcas would easily win the race and eat the penguin, but the bird was a smart one. He saved its life by jumping on board a zodiac! Fortunately, the killer whale did not try to do the same! The penguin looked remarkably calm and undisturbed in the boat. After the boats cruised away from the orcas for a short time, the stowaway hopped back out into the water.

Here is a video of the scene:

https://youtu.be/Ljx-czk4B80

Crédit photo : Wikipedia

Icebergs

On parle beaucoup d’icebergs en ce moment, suite au récent vêlage de deux mastodontes en Antarctique. France 3 Limousin m’a demandé de donner quelques explications le 8 mars au cours du 12-13, mais le temps qui m’était imparti ne m’a pas permis de dire grand-chose. Voici donc quelques informations supplémentaires.

Il faut tout d’abord rappeler que la production – ou vêlage – d’icebergs n’est pas un fait nouveau. Depuis la nuit des temps, des milliers de blocs de glace quittent la banquise ou se détachent de glaciers venant finir leur course dans un lac ou dans la mer.

92% du volume d’un iceberg est situé sous la surface de l’eau. Ainsi, un grand iceberg tabulaire dépassant de 35 à 40 m au-dessus de la surface de l’océan a une partie immergée pouvant descendre jusqu’à plus de 300 m de profondeur.

La flottabilité de l’iceberg s’explique par la célèbre poussée d’Archimède, un principe que beaucoup d’entre nous ont appris par cœur sur les bancs de l’école : « Tout corps plongé dans un fluide subit une force verticale, dirigée de bas en haut et opposée au poids du volume de fluide déplacé. ». La pression étant plus forte sur la partie inférieure d’un objet immergé que sur sa partie supérieure, il en résulte une poussée globalement verticale orientée vers le haut.

Les icebergs sont classés en fonction de leur taille et de la forme de leur partie visible. Ils peuvent être tabulaires, trapus, biseautés, etc. Lors des grandes compétitions comme le Vendée Globe qui transitent par les mers du sud, les navigateurs redoutent les growlers, petits icebergs difficilement décelables par les radars et qui peuvent causer de gros dégâts aux bateaux. C’est pour cela qu’il y a interdiction de naviguer en dessous d’une certaine latitude.

Les icebergs arborent souvent des couleurs magnifiques qui vont du blanc au bleu profond. Certains présentent des zébrures de teinte foncée correspondant à des formations géologiques comme d’anciennes couches de cendre volcanique ou des inclusions de moraines.

L’approche du front des glaciers, là où se produisent des vêlages d’icebergs, doit se faire avec grande prudence, surtout si l’on se trouve à bord d’une embarcation légère comme un kayak. Certains effondrements déclenchent de très grosses vagues capables de renverser un bateau qui se serait approché trop près.

Les icebergs présentent un réel danger pour la navigation comme l’a montré le naufrage du Titanic, intervenu lors de la collision avec un iceberg le 14 avril 1912. Dans les années qui ont suivi, plusieurs organismes ont été créés pour l’étude et la surveillance des icebergs dans les deux hémisphères.

Les icebergs sont identifiables par leurs noms. La première lettre fait référence à leur région d’origine. Ainsi, un iceberg dont première lettre est A provient du 1er quadrant entre 0° et 90° de longitude ouest (mer de Bellingshausen et mer de Weddell). Le nombre qui suit la lettre est son classement dans l’ordre de vêlage. Par exemple, l’iceberg B-15, issu de la plateforme glaciaire de Ross, est le quinzième iceberg suivi par le National Ice Center qui contrôle la région. Par la suite, lorsqu’un iceberg géant se fragmente, chaque fragment est affecté du code de l’iceberg d’origine, suivi d’une lettre. Ainsi, l’A-68a (iceberg d’origine) a accouché de petits ayant pour appellation A-68 b, c, d, e, etc.

Certains icebergs sont de véritables géants. Le B-15 que je viens de mentionner avait une superficie de 11 000 km2 quand il s’est détaché de la plateforme de Ross en 2000. Il mesurait 295 km de long sur 37 km de large.

Quand l’A-68 s’est détache de la plateforme Larsen C le long de la Péninsule Antarctique en juillet 2017, il avait une superficie de 5800 km2, avec une longueur de 175 km et une largeur de 50 km.

Le dernier gros iceberg – l’A-74 – s’est détaché de la plateforme antarctique de Brunt et est un peu moins volumineux que l’A-68. Il couvre quand même une surface de 1270 km2.

  Iceberg tabulaire (Crédit photo : Wikipedia)

Les icebergs ont parfois de superbes couleurs (Photo : C. Grandpey)

Des nouvelles du dernier grand iceberg A74 // News of the latest large iceberg A74

Les images satellites donnent de bonnes images du nouvel iceberg géant (baptisé A74) qui s’est détaché de la plateforme glaciaire de Brunt* en Antarctique le 26 février 2021. Comme je l’ai déjà écrit, l’A74 a une superficie d’environ 1290 km2. Cependant, il n’est pas aussi grand que l’A68 qui a vêlé en juillet 2017 à partir de la plate-forme Larsen C sur le côté ouest de la Mer de Weddell. A sa naissance, sa superficie était d’environ 5 800 km2, mais l’iceberg s’est désintégré depuis cette époque.

Les dernières images fournies par les satellites Sentinel-1 et TerraSAR-X montrent que l’iceberg s’éloigne rapidement de la plateforme glaciaire. Il semble que la station de recherche britannique Halley, située à un peu plus de 20 km de la ligne de fracture, n’ait pas été affectée par le détachement de l’iceberg. La station est actuellement inactive. À cause de la Covid; très peu de recherches sont entreprises actuellement. De plus, le British Antarctic Survey attendait de voir comment se comporterait la plate-forme glaciaire au moment du vêlage de l’iceberg. Une petite équipe scientifique s’est brièvement rendue à Halley en janvier et début février pour effectuer de la maintenance et vérifier le bon fonctionnement des instruments automatisés, comme le spectrophotomètre qui analyse le trou dans la couche d’ozone.

Le vêlage de l’A74 fait suite à de nombreuses fissures qui se sont ouvertes dans la plateforme glaciaire de Brunt, certaines depuis de nombreuses années, certaines très récemment. Le vêlage du 26 février pourrait bien être le premier d’une série qui interviendra au cours des prochains jours et des prochaines semaines. Il est important de noter que la portion de la plateforme de Brunt à l’ouest de Halley est traversée par plusieurs profondes fissures. Elle n’est maintenu en place que par une très mince couche de glace ancrée au fond de la mer dans une zone connue sous le nom de McDonald Ice Rumples. Si cette couche de glace cède, il pourrait se produire en réaction en chaîne près de Halley, et la glace présente sous la station pourrait alors se déplacer rapidement vers le large.

* La plate-forme glaciaire de Brunt est la partie flottante avancée de glaciers terrestres qui viennent finir leur course dans la Mer de Weddell. La Mer de Weddell est le secteur de l’Antarctique situé directement au sud de l’Océan Atlantique.

Source: La BBC.

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Satellite images are giving good pictures of the new mega-iceberg (dubbed A 74) that broke away from Antarctica’s Brunt ice shelf* on February 26th, 2021. As I put it before, A74 has an area of about 1,290 sq km. However, it is not as large as the huge A68 which calved in July 2017 from the Larsen C Ice Shelf on the western side of the Weddell Sea. Its area was originally some 5,800 sq km but the iceberg has since shattered into many small pieces.

The latest Copernicus’ Sentinel-1 and TerraSAR-X images show that the berg has moved rapidly away from the ice shelf. It seems no disturbance was felt at the UK’s Halley research station which is located just over 20km from the line of fracture. Halley is currently inactive. Because of Covid; very little Antarctic science is being undertaken at present. But it’s also because BAS has been waiting to see how the Brunt Ice Shelf would behave when bergs started to calve from the platform. A small team briefly went into Halley in January and early February to do essential maintenance, and to check over the station’s automated instruments, including its spectrophotometer which measures the behaviour of Earth’s ozone hole.

A74 was the result of multiple cracks that have been developing in the Brunt ice shelf, some over many years, some very recently. The 26 February calving could well be the first in a series of breakaways during the coming days and weeks.

It is important to notice that the section of the Brunt ice shelf to the west of Halley is almost completely cut through by several wide fissures. It is only held in place by a very thin stretch of ice that’s pinned to the sea floor at a location known as the McDonald Ice Rumples. If this gives way, there might well be a reaction near Halley, with the ice under the station moving seaward at an accelerated rate.

* The Brunt Ice Shelf is the floating protrusion of glaciers that have flowed off the land into the Weddell Sea. The Weddell Sea is the sector of Antarctica directly to the south of the Atlantic Ocean.

Source : The BBC.

Vue satellite de l’A74 le 28 février 2021 (Source : Copernicus / Sentinel-1)