La géomorphologie glaciaire englobe l'étude des formes de terres et des paysages modifiés par l'action de la glace glaciaire. Au cours des 2,6 millions d'années écoulées, la période Quaternaire, les cycles répétitifs de glaciation et de déglaciation ont fondamentalement remodelé la surface de la Terre, en particulier dans de grandes parties de l'Amérique du Nord, de l'Europe et de l'Asie. L'immense poids et le mouvement lent et le broyage des glaciers de la vallée ont planté des chaînes de montagnes, creusé des bassins profonds et laissé derrière un dossier sédimentaire complexe.

Le système glaciaire

Les glaciers sont des systèmes dynamiques dont le comportement est régi par le climat, la topographie, leurs propriétés thermiques et mécaniques internes. Ils ne sont pas des masses uniformes de glace. Ils contiennent plutôt des zones distinctes d'accumulation et d'ablation, et leur débit varie de lent fluage interne à la surgissement rapide.

Balance massique et dynamique des glaciers

La santé d'un glacier est déterminée par son bilan massique, la différence nette entre l'accumulation (neige, eau de fonte de gel) et l'ablation (fondaison, sublimation, mise bas).Dans la zone d'accumulation, généralement à des altitudes plus élevées, la neige persiste toute l'année et se compresse dans la glace de sapin et éventuellement glaciaire. Cette glace dense coule alors sous la pente gravitationnelle dans la zone d'ablation, où les températures sont plus chaudes et la glace est perdue. Un glacier avance lorsque l'accumulation dépasse l'ablation sur une période prolongée; il recule lorsque l'ablation domine. Cet équilibre est un indicateur sensible du climat, faisant des glaciers l'un des proxies les plus visibles du réchauffement planétaire.

Mécanique du flux de glace

La déformation interne implique le fluage des cristaux de glace sous pression, un processus qui devient dominant dans les glaciers à base de froid où la glace est gelée au substrat sous-jacent. En revanche, les glaciers à base de chaleur ou tempérés, qui sont au point de fusion tout au long de leur épaisseur, glissent sur leurs lits. Ce glissement est lubrifié par un mince film d'eau de fonte. Cette distinction est critique en géomorphologie parce que le glissement entraîne l'érosion subglaciaire et la déformation des sédiments.

Régimes thermiques

Le régime thermique d'un glacier influence profondément sa capacité d'érosion. Les glaciers polythermiques, dont la marge est à base froide mais à base chaude, présentent des modèles complexes d'érosion et de dépôt. Les glaciers à base froide, gelés sur leur lit, sont largement protecteurs, préservant les paysages anciens sous eux. Les glaciers à base chaude, cependant, sont très érosifs. La transition entre ces états thermiques en réponse au changement climatique peut changer un glacier d'un protecteur du paysage à un érodant efficace, phénomène observé dans les régions de réchauffement rapide de la péninsule Antarctique.

Processus d'érosion glaciaire

L'érosion glaciaire se fait par un ensemble de processus étroitement liés qui sont beaucoup plus efficaces que l'action fluviale ou aéolienne dans des conditions climatiques spécifiques. Les principaux mécanismes sont l'abrasion, la carrière (également appelée arrachage) et l'érosion par l'eau de fonte sous-glaciaire. L'efficacité de ces processus est directement liée à la vitesse de glissement basal, à la pression effective au lit et à la dureté du substratum rocheux.

Abrasion et finition de la roche

Comme un glacier glisse sur son lit, les fragments de roche intégrés dans la glace basale agissent comme du papier de sable grossier. Ce processus, connu sous le nom d'abrasion, broie le substratum, produisant des caractéristiques diagnostiques telles que les striations, les rainures et le polissage glacial. Les striations sont de fines rayures qui indiquent la direction du flux de glace. À plus grande échelle, les roches mutonnés sont des bosses asymétriques de roche-bébé créées par une combinaison d'abrasion sur le côté des stos (haut de la glace) et de carrière sur le côté de l'aléon (bas de la glace).

Carrière et fracture

La carrière est un processus mécanique où la glace glaciale arrache des blocs de roche du lit, ce qui exige que la roche soit fracturée, soit par des articulations préexistantes, soit par des fractures de contrainte induites par le poids et le mouvement de la glace. La fonte joue un rôle clé en infiltrant ces fractures, en recongelant et en s'étendant par action de gel-dégel, en affaiblissant la roche. L'adhérence de la glace à la surface rocheuse, combinée à la traînée de la glace qui coule, les arrache. La carrière est plus efficace dans les roches cristallines dures comme le granit et le gneiss, où elle crée la topographie enclavée et en pente commune dans les milieux alpins.

Érosion sous-glaciaire de l'eau de fonte

L'eau qui fond à la base d'un glacier est un puissant agent d'érosion et de transport. L'eau circule sous haute pression par des conduites, comme les canaux Nye (découpés en roche) et Rothlisberger (découpés en haut dans la glace).Cette eau turbulente peut transporter de grands volumes de sédiments, coupant des gorges étroites et profondes appelées vallées des tunnels.

Formulaires de déclaration des dépôts glaciaires

Les sédiments transportés par les glaciers sont finalement déposés, créant une série de formes de terre distinctives.Ces dépôts sont généralement classés comme till (sédiment déposé directement par la glace) et sédiment glaciofluvial (déposé par les cours d'eau fondus).

Dépôt direct: Till et Moraines

Le till est un mélange hétérogène et mal trié d'argile, de limon, de sable, de gravier et de blocs. Le till du logis est plissé sur le lit sous un glacier en mouvement, ce qui donne lieu à un sédiment dense et compacté. L'ablation du till s'accumule à la surface, alors qu'un glacier fond, formant une couverture lâche et instable. Les moraines sont des crêtes accumulées jusqu'à ce qu'elles marquent d'anciennes marges de glace.

Formes de lit sous-glaciaires

Les drumlins sont les éléments les plus reconnus de ces caractéristiques. Ce sont des collines allongées en forme de gouttes de larmes qui sont plus raides à l'extrémité de la glace et plus bas de la glace. Leur formation précise est encore débattue, mais on pense qu'elles se forment à l'interface de la glace par une combinaison d'érosion et de dépôts liés aux variations de la déformation basale des glissements et des sédiments. Les lignées glaciaires à grande échelle (GLSM) sont encore plus grandes et très allongées qui permettent de diagnostiquer l'activité des anciens cours d'eau de glace. Ces formes de terre sont essentielles pour reconstruire les schémas d'écoulement des feuilles de paléo-ice.

Dépôt d'eau de fonte: Eskers et Outwash

Les écureuils sont des crêtes sinueuses et sinueuses composées de sable et de gravier triés. Ils sont déposés par des cours d'eau qui coulent dans ou sous la glace stagnante ou en recul lentement. Au fur et à mesure que la glace fond, le dépôt du chenal est abaissé sur le paysage, préservant le sentier de l'ancienne rivière. Les écureuils sont des aquifères d'eau souterraine vitaux dans de nombreuses régions autrefois glaciées.

Environnements lacustres

Les lacs glaciaires sont des caractéristiques communes dans les terrains déglacées. Ils se forment dans les dépressions rainées par la glace ou damées derrière les moraines. Les sédiments fins qui s'y déposent produisent des varves, qui sont des couches annuelles de sédiments consistant en une couche grossière de limon d'été et une fine couche d'argile d'hiver. Les varves sont inestimables pour la reconstruction paléoclimatique parce qu'elles fournissent un relevé annuel précis des rejets d'eau de fonte glaciaire.

Paysages érosionnels

Les paysages glaciaires les plus spectaculaires et reconnaissables sont l'érosion. Ces caractéristiques, sculptées dans le substrat rocheux, fournissent un record de haute résolution de la puissance d'érosion de la glace.

Les paysages alpins : Cirques, ArÃates et Cornes

Les glaciers de la vallée sont issus de dépressions en forme de bol appelées cirques. Les Cirques sont formés par des glissements rotatifs et par des phénomènes de gel intense qui se font sentir au mur de la tête. Le Cervin est un exemple classique d'une corne glaciaire, un pic en forme de pyramide créé où trois cirques ou plus sont érodés dans le même bloc de montagne. Les crêtes tranchantes à la pointe du couteau séparant les cirques adjacentes sont appelées arates.

Glaciation de la vallée : vallées et fjords en U

Les glaciers transforment de façon spectaculaire les vallées fluviales préexistantes. Une vallée étroite en forme de V est élargie, approfondie et redressée par l'érosion glaciaire, ce qui entraîne une large vallée en forme de U, qui est escarpée. Le plancher d'une vallée en forme de U est souvent remarquablement plat, recouvert de till ou de sédiments glaciofluviaux. Les vallées suspendues sont des vallées tributaires qui entrent dans la vallée principale en forme de U à une altitude plus élevée, créant souvent des chutes spectaculaires. Lorsqu'une vallée en forme de U est inondée par la mer, elle devient un fjord. Les fjords sont parmi les caractéristiques côtières les plus profondes de la Terre, s'étendant souvent à des centaines de mètres au-dessous du niveau de la mer.

Géomorphologie glaciaire en sciences du climat

La géomorphologie glaciaire est une pierre angulaire de la science quaternaire. Les formes terrestres et les sédiments laissés par les calottes glaciaires passées sont les archives principales pour comprendre comment le système climatique de la Terre fonctionne sur des échelles de temps centenaire à millénaire.

Paléo-Glaciologie et reconstruction des plaques de glace

La distribution des moraines, des drumlins et des canaux d'eau de fonte permet aux scientifiques de reconstruire l'étendue, l'épaisseur et les schémas de débit des anciennes calottes glaciaires. La datation des nuclides cosmiques des surfaces exposées du substrat rocheux peut déterminer le moment de la déglaciation, fournissant des chronologies précises pour le retrait des calottes glaciaires. Ces reconstructions sont essentielles pour l'étalonnage des modèles numériques de calottes glaciaires utilisés pour prédire le comportement futur des calottes glaciaires du Groenland et de l'Antarctique.

Ajustement isostatique glaciaire et niveau de la mer

L'immense poids des nappes glaciaires continentales déprime la lithosphère de la Terre dans le manteau. Ce processus d'ajustement isostatique glaciaire continue longtemps après la fonte de la glace. La région de la baie d'Hudson du Canada, par exemple, rebondit encore de l'enlèvement de la nappe glaciaire Laurentide. Ce mouvement crustal continue d'avoir des répercussions importantes sur l'élévation relative du niveau de la mer dans différentes parties du monde.

Paysages et dangers paraglaciaux

Cette période «parglaciaire» se caractérise par des taux élevés de gaspillage de masse, y compris des glissements de terrain, des écoulements de débris et des défaillances de pente. L'enlèvement du support de glace des côtés de la vallée peut déclencher des avalanches rocheuses catastrophiques. Les lacs glaciaires, démêlés par des moraines instables, présentent un danger important par les inondations glaciaires de l'écoulement des lacs. La cartographie géomorphique dans des environnements à haute montagne est essentielle pour évaluer ces risques, car le retrait rapide des glaciers alpins dans un monde qui se réchauffe ouvre de nouveaux terrains souvent instables. La fréquence des GLOF dans des régions comme l'Himalaya et les Andes a augmenté, faisant de la géomorphologie parglaciaire une science des risques directement appliquée.

Conclusion

La géomorphologie glaciaire permet de comprendre de façon exhaustive les forces puissantes qui ont façonné de nombreux paysages les plus emblématiques du monde.De la roche de fond polie du Bouclier canadien aux fjords profonds de la Norvège, l'action glaciaire témoigne de l'histoire dynamique du climat de la planète. Le champ est loin d'être purement historique. Il joue un rôle essentiel dans les sciences du climat contemporain en informant les modèles de comportement des nappes glaciaires, de montée du niveau de la mer et de stabilité du paysage.