Catégorie : Antarctique

Fonte des glaces et mesure du temps sur Terre // Melting ice and measuring time on Earth

Pendant des siècles, pour mesurer le temps, l’être humain s’est basé sur la rotation de la Terre. Une rotation complète correspond à une journée de 24 heures, chaque heure contient 60 minutes, et chaque minute 60 secondes. La seconde était ainsi définie jusqu’en 1967. Mais il existe depuis cette date un autre système pour mesurer le temps, basé sur l’heure donnée par les horloges atomiques. Des technologies telles qu’Internet, le GPS et les réseaux de téléphonie mobile dépendent des signaux horaires extraordinairement précis de ces horloges.
Ces horloges atomiques définissent la seconde en termes de fréquence de la lumière impliquée dans une transition spécifique dans le césium atomique. La définition a été choisie de telle sorte que 86 400 secondes atomiques correspondent très étroitement à la durée d’un jour sur Terre – ce qui est la définition traditionnelle de la seconde. Cependant, la correspondance n’est pas exacte. Entre 1970 et 2020, la durée moyenne d’une journée sur Terre (la période de rotation de la Terre) était d’environ 1 à 2 ms plus longue que 86 400 s. Cela signifie que toutes les quelques années, un écart d’une seconde se crée entre le temps mesuré par la rotation de la Terre et le temps mesuré par une horloge atomique.
Depuis 1972, cet écart a été corrigé par l’insertion de 27 secondes intercalaires dans le temps universel coordonné (UTC). Ce processus de correction est compliqué par le fait que divers facteurs font varier la période de la Terre sur plusieurs échelles de temps différentes. Ainsi, des secondes intercalaires sont insérées lorsque cela est nécessaire, et non selon un calendrier régulier comme les années bissextiles. Neuf secondes intercalaires ont été insérées entre 1972 et 1979, par exemple, mais aucune n’a été insérée depuis 2016.
Depuis 2020 environ, la période moyenne de la Terre est tombée en dessous de 86 400 s. En d’autres termes, la rotation de la Terre semble s’accélérer. Cela est dû à l’intensification de la fonte des glaces au Groenland et en Antarctique, qui diminue la vitesse angulaire de la Terre. En effet, l’eau des pôles est redistribuée dans les océans,ce qui modifie le moment d’inertie de notre planète. Le moment cinétique étant conservé, ce changement entraîne une diminution de la vitesse angulaire. Cela retardera de trois ans la nécessité d’une seconde intercalaire négative. Une seconde intercalaire négative pourrait être nécessaire en 2029, mais elle pourrait être l’une des dernières car les métrologues ont décidé de supprimer la correction de la seconde intercalaire en 2035.
Source  : Médias d’information scientifique comme physicsworld.

Glaciers au Groenland Photo: C. Grandpey

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For centuries, to measure time, humans relied on the rotation of the Earth. A full rotation corresponds to a 24-hour day, each hour contains 60 minutes, and each minute 60 seconds. The second was thus defined until 1967. But since then there has been another system for measuring time, based on the time given by atomic clocks. Technologies such as the Internet, positioning systems and mobile-phone networks depend on the clocks’ extraordinarily  accurate time signals.

These atomic clocks define the second in terms of the frequency of light that is involved in a specific transition in atomic caesium. The definition was chosen so that 86,400 atomic seconds corresponds very closely to the length of a day on Earth – which is the traditional definition of the second. However, the correspondence is not exact. Between 1970 and 2020, the average length of a day on Earth (the period of Earth’s rotation) was about 1–2 ms longer than 86,400 s. This means that every few years, a second-long discrepancy builds up between time as measured by Earth’s rotation and time measured by an atomic clock.

Since 1972 this deviation has been corrected by the insertion of  27 leap seconds into co-ordinated universal time (UTC). This correction process is complicated by the fact that various factors cause Earth’s period to vary on a number of different time scales. So leap seconds are inserted when needed – not according to a regular schedule like leap years. Nine leap seconds were inserted in 1972–1979, for example, but none have been inserted since 2016.

Since about 2020 Earth’s average period has dipped below 86,400 s. In other words, Earth’s rotation appears to be speeding up. This is due to the increased melting of ice in Greenland and Antarctica which is decreasing the Earth’s angular velocity. This is because water from the poles is being redistributed throughout the oceans, thereby changing our planet’s moment of inertia. Because angular momentum is conserved, this change results in a decrease in angular velocity. This will postpone the need for a negative leap second by three years. A negative leap second could be needed in 2029, but it could be one of the last because metrologists have voted to get rid of the leap-second correction in 2035.

Source : Scientific news media like physics world.

https://physicsworld.com/

Antarctique : le mystère de la polynie de Maud Rise // Antarctica : the mystery of the Maud Rise polynia

Chaque hiver en Antarctique (ne pas oublier que les saisons sont inversées dans l’hémisphère sud), la glace de mer qui entoure le continent double presque sa superficie. Cependant, lors des hivers 2016 et 2017, un phénomène a longtemps intrigué les scientifiques: un trou immense, baptisé polynie de Maud Rise, de la taille de la Suisse s’est ouvert dans la banquise. Le Maud Rise est un plateau océanique dans la mer de Weddell. Il s’élève, dans sa partie la moins profonde, à environ 1 000 mètres sous la surface de l’océan Austral.

Les polynies sont des zones d’eau libre entourées par la glace de mer. Elles se forment dans les régions polaires sous l’influence de divers facteurs, tels que les courants océaniques, les vents, les variations de température et les activités géologiques sous-marines. Elles peuvent être temporaires ou permanentes et fournissent des habitats vitaux pour diverses espèces marines comme les mammifères marins, les oiseaux et les poissons. Elles revêtent donc une certaine importance d’un point de vue écologique. De plus, les polynies peuvent influencer les échanges de chaleur et de gaz entre l’océan et l’atmosphère, ce qui peut avoir des conséquences significatives pour le climat régional et mondial.

En 2016 et 2017, la polynie de Maud Rise dans la mer de Weddell, a captivé l’attention des chercheurs du monde entier. Ils se sont demandé pourquoi une polynie d’une telle ampleur était apparue dans une région totalement couverte de glace, malgré les conditions hivernales rigoureuses.

Des études ont révélé que la formation de la polynie de Maud Rise résultait d’une combinaison complexe de facteurs. Elle est d’abord due à un renforcement du courant océanique circulaire dans la mer de Weddell. Ce phénomène provoque une remontée d’eau chaude des profondeurs vers la surface, favorisant ainsi la fonte de la glace de mer.

Des analyses plus poussées ont révélé l’implication de tourbillons turbulents autour de Maud Rise. Ils agissent comme des pompes favorisant la remontée d’eau salée vers la surface. Selon les chercheurs, ce processus, combiné au transport d’Ekman*, contribue à maintenir l’ouverture dans la banquise malgré les conditions défavorables.

Comme indiqué plus haut, les polynies, telles que celle de Maud Rise, ne sont pas seulement des curiosités scientifiques. Elles ont également des implications à long terme sur l’écosystème antarctique. En modifiant la circulation des courants océaniques et en influençant le transport de la chaleur dans la région, ces zones ouvertes peuvent en effet avoir des effets à long terme sur la biodiversité marine et sur le climat régional.

Comprendre ces phénomènes complexes permet de mieux appréhender les impacts du réchauffement climatique sur les régions polaires. Les recherches sur la polynie de Maud Rise apportent des éclairages précieux sur les processus océaniques qui façonnent l’Antarctique et l’océan Austral.

* Le transport d’Ekman est le déplacement horizontal des couches d’eaux superficielles de l’océan par la seule action de la friction du vent à la surface.

Source : Presse scientifique dont Sciencepost et Live Science.

Les détails de l’étude sont publiés dans Science Advances :

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj0777

Image satellite de la polynie de Maud Rise (Source : NASA)

Schéma illustrant la formation des polynies côtières en Antarctique (Source ; Wikipedia)

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Every winter in Antarctica (don’t forget that the seasons are reversed in the southern hemisphere), the sea ice surrounding the continent almost doubles its surface. However, during the winters of 2016 and 2017, a phenomenon has long puzzled scientists : an immense hole, called the Maud Rise polynya, the size of Switzerland opened in the sea ice. The Maud Rise is an ocean plateau in the Weddell Sea. It rises, at its shallowest, about 1,000 meters below the surface of the Southern Ocean.
Polynyas are areas of open water surrounded by sea ice. They form in polar regions under the influence of various factors, such as ocean currents, winds, temperature variations and underlying geological activities. They can be temporary or permanent and provide vital habitats for various marine species such as marine mammals, birds and fish. They are therefore of some importance from an ecological point of view. Additionally, polynyas can influence the exchange of heat and gases between the ocean and the atmosphere, which can have significant consequences for regional and global climate.
In 2016 and 2017, the Maud Rise polynya in the Weddell Sea captivated the attention of researchers around the world. They wondered why a polynya of such magnitude had appeared in a region completely covered in ice, despite the harsh winter conditions.
Studies have revealed that the formation of the Maud Rise polynya resulted from a complex combination of factors. It is firstly due to a strengthening of the circular ocean current in the Weddell Sea. This phenomenon causes warm water to rise from the depths to the surface, thus favouring the melting of sea ice.
Further analysis revealed the involvement of turbulent eddies around Maud Rise. They act as pumps encouraging the rise of salt water towards the surface. According to the researchers, this process, combined with Ekman transport*, helps maintain the opening in the sea ice, despite unfavorable conditions.
As noted above, polynyas, such as that of Maud Rise, are not just scientific curiosities. They also have long-term implications for the Antarctic ecosystem. By modifying the circulation of ocean currents and influencing the transport of heat in the region, these open areas can indeed have long-term effects on marine biodiversity and the regional climate.
Understanding these complex phenomena allows to better understand the impacts of global warming on the polar regions. Research on the Maud Rise polynya provides valuable insight into the ocean processes that shape Antarctica and the Southern Ocean.

* Ekman transport is the horizontal movement of layers of surface water in the ocean by the sole action of wind friction on the surface.

Source: Scientific press including Sciencepost and Live Science.

Details of the study are published in Science Advances :
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adj0777

Les poussins de manchots empereurs victimes de la fonte record de la banquise antarctique // Emperor penguin chicks victims of record melting of Antarctic sea ice

Les colonies de manchots empereurs en Antarctique ont été anéanties en 2023 car le réchauffement climatique accélère la fonte de la banquise. C’est le résultat d’une étude du British Antarctic Survey publiée le 25 avril 2024 dans le Journal of Antarctic Science
L’étude révèle que la surface extrêmement réduite de la banquise en 2023 a contribué à la deuxième pire année en matière de mortalité des poussins de manchots empereurs depuis le début des observations en 2018. Cela fait suite à un « échec de reproduction catastrophique » en 2022.
Les manchots empereurs se reproduisent sur les plates-formes de glace de mer. Leurs poussins éclosent en hiver entre fin juillet et mi-août et sont élevés jusqu’à ce qu’ils développent des plumes imperméables, généralement en décembre, avant la fonte estivale. Le problème est que si la glace de mer fond trop tôt, les poussins risquent de se noyer et de geler.
L’étude explique que 14 des 66 colonies de manchots – qui peuvent chacune produire plusieurs centaines à plusieurs milliers de poussins par an – ont été affectées par la fonte précoce de la glace de mer en 2023. Cependant, les scientifiques affirment que 2023  » n’a pas été aussi désastreuse qu’ils le craignaient. » En effet, un nombre record de 19 colonies avaient été touchées en 2022.
L’étude révèle également que plusieurs colonies, en particulier celles ravagées en 2022, s’étaient déplacées à la recherche de meilleures conditions vers des icebergs, des plates-formes de glace ou une glace de mer plus stable. Même si un tel comportement des oiseaux est un signe encourageant quant à leur capacité à s’adapter à un environnement changeant, on peut craindre qu’il ne s’agisse que d’une « solution temporaire », compte tenu de la vitesse à laquelle le réchauffement climatique s’accélère et affecte le continent Antarctique. En fait, la seule solution repose sur les humains, qui ont tout intérêt à réduire les émissions de gaz à effet de serre qui provoquent le réchauffement de la planète et contribuent à la fonte des glaces, principale menace à laquelle sont confrontés les manchots
2022 et 2023 ont été les premières années où la superficie de glace de mer est tombée en dessous de deux millions de kilomètres carrés depuis le début des relevés satellitaires. Cela représente une baisse d’environ 30 pour cent par rapport à la moyenne de 1981 à 2010.
Selon une étude de 2020, on dénombre environ 250 000 couples de manchots empereurs reproducteurs en Antarctique. Un auteur de l’étude a déclaré : « Si on rencontre plusieurs mauvaises années, cela commence à faire baisser la population au fil du temps. » Si les émissions de gaz à effet de serre se maintiennent aux niveaux actuels, la population de manchots devrait diminuer de 99 % d’ici la fin du siècle.
Source : British Antarctic Survey, médias d’information internationaux.

Crédit photo: Wikipedia

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Colonies of emperor penguin chicks were wiped out in 2023 as global warming accelerates the melting of sea ice. This is the result of a study by the British Antarctic Survey published on April 25th, 2024 in the Journal of Antarctic Science .

The study found that record-low sea ice levels in 2023 contributed to the second-worst year for emperor penguin chick mortality since observations began in 2018. It follows a « catastrophic breeding failure » in 2022.

Emperor penguins breed on sea-ice platforms, with chicks hatching in the winter between late July and mid-August. The chicks are reared until they develop waterproof feathers, typically in December ahead of the summer melt. The problem is that if the ice melts too early, the chicks risk drowning and freezing.

The study explains that 14 out of 66 penguin colonies, which can each produce several hundred to several thousand chicks in a year, were affected by early sea-ice loss in 2023. However, scientists say that 2023 « wasn’t as bad as [they] feared. », A record 19 colonies were affected in 2022.

The study also found that several colonies, particularly those ravaged the previous year, had moved in search of better conditions onto icebergs, ice shelves or more stable sea ice. While such moves offer a hopeful sign that the birds can adapt to the changing environment, one can fear it is just a « temporary solution », considering the spped at which global warming is accelerationg and affecting the Antarctic continent. Actually, the only solution relies on humans that should reduce planet-heating greenhouse gas emissions that are contributing to ice melt which is the main threat facing the species.

Both 2022 and 2023 were the first years to see the area of sea-ice fall below two million square kilometres since the beginning of satellite records. That marks a decine of about 30 percent from the 1981-2010 average.

There are about 250,000 breeding emperor penguin pairs in Antarctica, according to a 2020 study. An author of the stay said : « If you get multiple bad years, it is going to start to drive the population down over time. » If greenhouse gas emissions continue at current levels, the penguin population is expected to decline by 99 percent by the end of the century.

Source : British Antarctic Survey, international news media.

L’or de l’Erebus (Antarctique) // Mount Erebus’ gold (Antarctica)

On peut lire ces jours-ci dans la presse plusieurs articles expliquant que le mont Erebus (3 794 m) en Antarctique émet de l’or, mais personne ne se précipitera sur le Continent blanc car les particules d’or font partie des panaches de gaz émis par le volcan. En fait, cette découverte de l’or remonte à 1991 et a été faite pour la première fois par des géologues américains, avant d’être récemment confirmée par d’autres scientifiques. .
En 1991 et en 2024, des chercheurs ont détecté des particules d’or dans les gaz volcaniques émis par l’Erebus, ainsi que dans la neige environnante. Les dernières évaluations indiquent que la production quotidienne d’or est d’environ 80 grammes, et semble confirmer ce qui a été observé en 1991. Cette quantité équivaut à une somme de 6 000 dollars. Cependant, l’or et les autres ressources minérales de l’Antarctique ne devraient jamais être exploités en vertu du Protocole de Madrid adopté en 1991 et entré en vigueur en 1998. Il vient compléter le Traité sur l’Antarctique de 1959 et désigne le continent blanc comme « une réserve naturelle dédiée à la paix et à la science. »
Les particules d’or de l’Erebus proviennent probablement de roches volcaniques. Selon les dernières observations, elles mesurent « entre 0,1 et 20 micromètres » dans les gaz et « 60 micromètres » dans la neige environnante.
L’Erebus fait partie des 138 volcans recensés en Antarctique. Avec l’Île de la Déception, c’est l’un des deux volcans actifs de la région (voir ma note du 11 avril 2024). Situé sur l’île de Ross, il est rarement visité car son accès est compliqué. Les premières missions françaises ont été réalisées entre 1973 et 1978 par Haroun Tazieff et son équipe. Ils ont tenté de descendre au fond du cratère pour prélever des échantillons de lave mais ont échoué en raison de l’hyperactivité du volcan qui présentait trop de risques. Tazieff a raconté l’histoire de ces missions dans plusieurs ouvrages : Erebus, volcan antarctique (Ed. Arthaud, 1978) et Erebus, volcan de l’Antarctique (Ed. Actes Sud, 1994).
Une autre mission a été organisée par Jean-Louis Etienne de décembre 1993 à mars 1994. Malheureusement, la banquise de la mer de Ross était quasiment infranchissable et il a fallu plus de trois semaines à la mission pour arriver au pied du volcan. Après dix jours d’ascension jusqu’au sommet du cratère, une nouvelle déception attendait les scientifiques. Le cratère avait été bouleversé par des explosions et des effondrements. Tout au fond, le lac de lave s’est révélé inaccessible. Seules quelques photos de la lave ont pu être prises avec un puissant téléobjectif. Jean-Louis Etienne a décrit l’expédition dans son livre Expédition Erebus (Ed. Arthaud, 1994).

Cratère de l’Erebus (Crédit photo: Wikipedia)

Cristal d’anorthoclase et échantillon du lac de lave de l’Erebus prélevés par l’équipe Tazieff (Photo: C. Grandpey / Collection personnelle)

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One can read several artticles these days explaining that Mount Erebus (3,794 m) in Antarctica is emitting gold. However nobody is going to oprn a mine on the continentbecause the gold particles are contained in the gas plumes emitted by the volcano. In fact this discovery of gold dates back to 1991 and was first made by American geologists and recently confirmed by other scientists. .

Both in 1991 and 2024, researchers have detected gold particles in the volcanic gases emitted by the volcano, as well as in the surrounding snow. The latest evaluations suggest the daily output of gold is about 80 grams, which appears to be consistent with what was observed back in 1991. This is worth $6,000. However, Antarctica’s gold and other mineral resources should never be exploited under the Madrid Protocol adopted in 1991 and enforced in 1998. It complemented the 1959 Antarctic Treaty and designates the White Continent as a “natural reserve dedicated to peace and science. ”

The gold particles on Mount Erebus likely originate from volcanic rock. According to the latest observations, they measure ‘between 0.1 and 20 micrometers’ in the volcanic gases and ’60 micrometers’ in the surrounding snow.

This volcano is among Antarctica‘s 138 active volcanoes. Together with Deception Island, it is one of the two active volcanoes in the region (see may post of 11 April 2024). Located on Ross Island, it is rarely visited because its access is complicated. The first French missions was performed between 1973 and 1978 by Haroun Tazieff and his team that attempted to descend to the bottom of the crater to take lava samples. They failed due to dangerous hyperactivity of the volcano. Tazieff told the story of these missions in several books : Erebus, volcan antarctique (Ed. Arthaud, 1978) and Erebus, volcan de l’Antarctique (Ed. Actes Sud, 1994)

Another mission was organised by Jean-Louis Etiennev from December 1993 to March 1994. Unfortunately, the icepack in the Ross Sea was almost impassable and it took the mission more than three weeks before arriving at the foot of the volcano. After ten days of climbing to the top of the crater, a new disappointment awaited the scientists. The crater had been ripped open by explosions and collapses. At the very bottom, the lava lake proved inaccessible. Only a few fotos of the lava could be made with a powerful telelens. Etienne described the expedition in his book Expédition Erebus (Ed. Arthaud, 1994).