Specificity of the isostatic response to ice sheet loading. Description and presentation of an Earth mode!.
Spécificité de l'isostasie en contexte glaciaire : présentation et application d'un modèle de réponse terrestre
Résumé
Under surface loads, the Earth depresses in order to restore a state of isostatic equilibrium. Conversely, when these loads disappear, the surface rises again to recover its initial configuaration. In case of glacial loading, the size and the speed at which an ice sheet can evolve is responsible for a specific response of the Earth and especially for some transient associated behaviours. After introducing the idea of isostasy, we describe what can be the consequences on the isostatic response of both the size and the rate of evolution of the load. This will help in clarifying what we cali the " glacial context ". Then, the numerous impacts this response can have in retum on the ice sheet dynamics as weil as the different ways of accounting for them are presented. This first part will have shown the interest in developping an elaborated Earth model in which the physics are much more rigourous than for most of the classical parameterisations used up to now in ice sheets models. The characteristics and the equations for the model developped in this study are then sketched in detail and reveal its degree of sophistication. The numerous field measurements performed over postglacial rebound areas like Fennoscandia appear to be a good way of testing such a model validity. Indeed, by comparing the results of the simulated rebound with these data, it becomes possible to check whether the model seems realistic or not. Although these different kinds of data are not perfectly reproduced simultaneously, the model nevertheless exhibits a rather realistic behaviour which gives some confidence when combining it with an ice sheet model. The results of such a coupling are then compared with those from the classical parameterisations in the simulation of the Antarctic ice sheet during the last glacial cycle. This simulation confirms the relatively good behaviour of our Earth model compared to the others, which tends to show that some of these classical approaches should be avoided in ice sheet modeling.
Sous l'effet de charges en surface, la surface terrestre s'affaisse pour retrouver un état d'équilibre isostatique. Inversement, quand ces charges viennent à diparaître, la surface remonte pour retrouver sa configuration initiale. Dans le cas d'une calotte glaciaire, la taille mais aussi la vitesse à laquelle peut évoluer la masse de glace est à l'origine d'une réponse hautement spécifique et particulièrement de comportements transitoires associés. Après avoir introduit la notion d'isostasie, nous décrivons quelles peuvent être les conséquences à la fois de la taille et de la vitesse d'évolution de la charge sur la réponse terrestre. Cela permet de clarifier la notion de "contexte glaciaire" en matière de charge à la surface de la Terre. Ensuite sont présentés les nombreux impacts que cette réponse isostatique peut avoir en retour sur la dynamique glaciaire, ainsi que les façons d'en rendre compte. Cette première partie aura montré tout l'intérêt de developper un modèle de Terre élaboré dont la physique à la base s'avère plus rigoureuse que dans les paramétrisations usuelles utilisées jusqu'à maintenant dans les modèles de glace. Les caractéristiques majeures ainsi que les équations à la base de ce modèle sont alors présentées en détail et révèlent le degré de sophistication de cette nouvelle approche. La richesse de données issues de mesures sur les zones de rebond postglaciaire comme la Fennoscandie sont un excellent moyen de valider pareil modèle. En comparant les résultats du rebond simulé avec ces données il est possible d'estimer le réalisme du modèle. Bien que l'ensemble de ces données ne soit pas simultanément reproduit de manière parfaite, le modèle montre cependant un comportement suffisamment réaliste pour pouvoir par la suite être couplé à un modèle de glace. Les résultats de cette incorporation sont alors comparés à ceux obtenus avec les paramétrisations usuelles au cours d'une simulation de la calotte Antarctique au cours du dernier cycle glaciaire. Ces résultats confirment le relativement bon comportement de notre modèle complet de Terre par rapport aux autres approches, ce qui tendrait à discréditer l'emploi de certaines de ces paramétrisations de la réponse terrestre dans les modèles évolutifs de calottes glaciaires.