Le transport glaciaire affecte les distributions d'âges thermochronologiques au front des glaciers



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Article dans Earth Surface Dynamics

Maxime Bernard, Philippe Steer et Kerry Gallagher (Université de Rennes 1, Géosciences Rennes) et en collaboration avec David L. Egholm de l'Université d'Aarhus (Danemark), ont publié dans le journal Earth Surface Dynamics en Novembre 2021, un article sur les effets du transport glaciaire sur la forme des distributions d'âges thermochronologiques collectées au front des glaciers.


L'insertion des glaciers est suspectée d'avoir renforcé le refroidissement global du climat observé à la fin du Cénozoïque via une boucle de rétroaction positive par laquelle l'érosion glaciaire efficace et le transport de sédiments dans les bassins de stockage ont favorisé l'extraction et le piégeage du carbone atmosphérique. Toutefois, des évidences claires montrant une efficacité supérieure de l'érosion glaciaire comparé à l'érosion fluviale manquent encore, et il est donc nécessaire de comprendre davantage comment les glaciers érodent leur substrat.

L'analyse thermochronologique de minéraux déposés au front des glaciers (produits directs de l'érosion), est une technique généralement utilisée pour cartographier l'érosion glaciaire moyenne d'un bassin. Lors de leur exhumation vers la surface, certains minéraux enregistrent leur date de passage à une température dans la croûte terrestre, et obtiennent un âge dit thermochronologique. A la surface, ces âges évoluent généralement avec l'altitude, où les plus jeunes sont trouvés dans les fonds de vallée et les plus vieux vers les sommets. L'érosion, en prélevant les minéraux des roches à l'affleurement, échantillonne ces âges qui seront alors transportés par les processus de surface (glaciers, rivières, éboulements…) et déposés possiblement au front du glacier dans une moraine frontale (dépôt glaciaire composé de sédiments hétérométriques et non-stratifiés), où ils pourront être échantillonné. Les données récoltées sont interprétées via des distributions de proportion d'âges thermochronologiques (PDFs) qui, combinées à une relation âge-altitude, permettent d'identifier les altitudes sources contributrices et donc de cartographier l'action de l'érosion.

Jusqu'ici la plupart des études ont interprété ces distributions d'âges en négligeant l'effet du transport par les glaciers. Dans cette nouvelle étude, les auteurs s'intéressent donc à l'impact de ce transport sur la forme des PDFs collectées au front d'un glacier. Pour cela, ils modélisent l'écoulement d'un glacier réel, le glacier Tiedemann situé en Colombie britannique (Canada), et simulent la formation de particules de sédiments par érosion, leur transport, et leur dépôt possiblement au front du glacier (Figure 1). L'objectif est de simuler l'échantillonnage réel de terrain dans la moraine frontale et de comparer la forme des PDFs obtenues à celles attendues si l'on néglige l'effet du transport glaciaire des sédiments, suivant différents scénarios d'érosion.





Maxime Bernard Fig1
Figure 1. A gauche (a), une vue satellite (Google Earth) du glacier Tiedemann (Colombie britannique, Canada) avec la limite du bassin glaciaire tracée en rouge. A droite (b), le glacier Tiedemann modélisé avec les points de couleur représentant les particules de sédiments transportés par la glace ou sur les versants.




En simulant le transport de particules pendant 8500 ans, les auteurs montrent que le transport glaciaire affecte la forme des PDFs dans la moraine frontale via le stockage d'une portion importante des sédiments dans le bassin (>50%) en amont du site d'échantillonnage favorisé par (1) les faibles vitesses d'écoulement dans les glaciers tributaires et, (2) un dépôt important dans une moraine latérale en amont du site d'échantillonnage. Ce stockage impact la forme des distributions d'âges au front du glacier en favorisant la contribution d'âges jeunes (~3-4 Ma) au détriment d'âge plus vieux (~6 Ma), par rapport à la PDF attendue (Figure 2b). Les particules originaires des versants sont impactées par ce stockage notamment pour des altitudes intermédiaires correspondant aux âges autour de 6 Ma (Figure 2c). Quant aux particules originaires du plancher sous-glaciaire, leur production continue favorise l'effet de distance des sources au site d'échantillonnage en déplaçant la PDF observées vers les âges jeunes (~3-4 Ma) trouvés dans le fond de la vallées et proches du site d'échantillonnage (la moraine frontale).

De plus, les temps de transfert des particules montrent une variabilité importante contrôlée par les distances de transport, la distance des sources aux principaux courants de glace, et une variabilité spatiale importante des vitesses d'écoulement de la glace. Enfin, en comparant les résultats des modèles avec des données de terrain existantes, les auteurs montrent que le transport glacier est caractérisé par un faible mélange latéral des sédiments. Cela a pour conséquence de fragmenté le signal détritique des sources au front du glacier. En pratique, cela permet de relier un échantillonnage local dans la moraine à une source locale en amont. Toutefois, pour obtenir une distribution représentative des âges thermochronologiques du bassin glaciaire, et cartographier ainsi l'érosion, les résultats numériques suggèrent d'échantillonner la moraine frontale de manière diffuse.





Maxime Bernard Fig2
Figure 2. A gauche (a), les particules sont produites en continu et transportées par la glace et sur les versants. Ces particules portent chacune un âge thermochronologique correspondant à l'âge présent à l'altitude source de la particule. A droite, les distributions d'âges collectées dans la moraine frontale (carré noir en (a)), comparées aux distributions attendues (en négligeant le rôle du transport) pour les particules collectées sans distinction de source (bassin, b), en distinguant les particules originaires des versants (c), et du plancher sous-glaciaire (d).


Ces travaux originaux apportent donc des éléments importants sur le rôle du transport glaciaire sur les distributions d'âges thermochronologiques au front des glaciers, et par conséquent sur les interprétations qui en sont faites. Par une validation des modèles avec des données de terrain, les auteurs montrent qu'une telle approche de modélisation est pertinente pour explorer les mécanismes à l'œuvre dans les bassins glaciaires, et fournie des informations cruciales pour guider les stratégies d'échantillonnage sur le terrain, afin de réduire l'effet du transport glaciaire dans les données recueillies.



Référence
Bernard, M., Steer, P., Gallagher, K., and Lundbek Egholm, D.: Modelling the effects of ice transport and sediment sources on the form of detrital thermochronological age probability distributions from glacial settings, Earth Surf. Dynam., 8, 931–953, doi.org/10.5194/esurf-8-931-2020, 2020.




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Maxime Bernard (Université de Rennes 1, Géosciences Rennes) / @
Alain-Hervé Le Gall (OSUR multiCOM) / @