A mysterious dip in gravity
over Canada has been a weighty topic for some scientists.
Now satellite data reveal a thick ice sheet that once
cloaked the region partially resolves this so-called
gravitational anomaly. Scientists have known that the
Hudson Bay region features lower gravity than surrounding
areas. While two theories have emerged to explain the
strange phenomenon, conclusive evidence has been elusive.
One theory involved a change in the area's overlying
glacial weight as the Laurentide Ice Sheet
melted. The new results, reported in the May 11 issue of
the journal Science, provide a crude map of the
ice sheet’s structure as it was during the most recent ice
age. Turns out, the now-melted ice left
behind an imprint from which the Earth is still
rebounding, and that imprint contributes to the weird
gravity. "There are many uncertainties about the last ice
age and its impact on the Earth," said one of the study’s
researchers Jerry Mitrovica, a physicist at the University
of Toronto. “We are able to show that the ghost of the ice
age still hangs over North America." Tag team
Mark Tamisiea of the Harvard-Smithsonian Center for
Astrophysics in Massachusetts and his colleagues relied on
gravity-hunting gear: Between April 2002 and April 2006,
they collected data from the Gravity Recovery and Climate
Experiment (GRACE). The twin GRACE satellites work by
taking advantage of the fact that gravity’s pull on an area
is proportional to the mass sitting atop that area.
GRACE’s satellites fly in tandem, constantly keeping track
of the distance between them while taking measurements of
gravity’s tug. As the front flyer passes above an area of
spiked gravity, the satellite feels and reacts to the pull
before the one trailing behind. The tiny jolt changes the
distance between the two satellites, and microwave finders
can nail down the distance within one micron—slightly
smaller than a red blood cell, or 2,000 times tinier than
a pinhead. “If the Earth were a perfect sphere, gravity
would be the same everywhere around the sphere,” Tamisiea
told LiveScience. But the Earth is not a perfect
sphere. It’s lumpy; mass is distributed unevenly both
inside the Earth and on its surface. Thus, gravity varies
over different regions. Missing gravity
Past studies and theoretical calculations have searched
high and low for the missing gravity. According to one
explanation, convection within the Earth’s mantle tows the
continental plate downward. The problem with this theory
is that such a process occurs on the order of a million
years or so and wouldn’t show up in the GRACE measurements
as they detect only geologically “quick” gravity changes
on the order of years. Another theory blames the anomalous
gravity on glacial rebounding, which occurs on much
shorter time scales. During the last ice age, the
two-mile-thick Laurentide Ice Sheet stretched from the
Arctic down through eastern Canada to the northern half of
the Midwestern United States, spanning 5 million square
miles. The massive sheet pressed down on the Earth,
deforming the crust somewhat like a Sumo wrestler on a
trampoline surface. Even though the icy cover has all but
vanished, the Earth still feels the burden and like a
slowly rebounding memory-foam pillow, it has yet to snap
back to its ice-free shape. The gravity measurements
reveal that the slight deformation could explain about 25
to 45 percent of the unusually low gravity that has
persisted over a large section of Canada. The rest
of the “missing gravity” can be explained by some sort of
mantle tugging, the scientists say. Two spots, to the west
(Keewatin) and east (northern Quebec), showed greater
gravity changes compared with surrounding regions,
suggesting at least two large ice domes jutted up from the
Laurentide Ice Sheet during the Late Pleistocene Epoch,
Tamisiea said. The results will help scientists understand
ice-sheet dynamics and how climate affects the mass and
distribution of ice over the Earth. “Knowing there are the
two domes gives us a way to put tighter constraints on how
the ice sheet develops and evolves with changing climate,”
Tamisiea said.
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La gravité étrange au Canada est imputée aux glaciers massifs
Une mystérieuse chute
de gravité au-dessus du Canada a été un sujet
important pour certains scientifiques. Maintenant,
les données satellitaires révèlent une épaisse calotte
glaciaire qui recouvrait autrefois la région résout
partiellement cette soi-disant anomalie
gravitationnelle. Les scientifiques savent que la région de la
baie d'Hudson présente une gravité inférieure à celle
des zones environnantes. Alors que deux
théories ont émergé pour expliquer l'étrange
phénomène, les preuves concluantes ont été
insaisissables. Une théorie impliquait un changement du
poids glaciaire sus-jacent de la région lorsque l' inlandsis
laurentidien fondait. Les nouveaux
résultats, publiés dans le numéro du 11 mai de la
revue Science , fournissent une
carte brute de la structure de la calotte glaciaire
telle qu'elle était pendant la plus récente période
glaciaire. Il s'avère que la glace
maintenant fondue a laissé une empreinte
à partir de laquelle la Terre rebondit encore, et
cette empreinte contribue à l'étrange gravité. «Il existe de
nombreuses incertitudes concernant la dernière période
glaciaire et son impact sur la Terre», a déclaré l'un
des chercheurs de l'étude, Jerry Mitrovica, physicien
à l'Université de Toronto. «Nous sommes en
mesure de montrer que le fantôme de l'ère glaciaire
plane toujours sur l'Amérique du Nord.» L' équipe d'étiquette Mark Tamisiea du
Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics dans le
Massachusetts et ses collègues se sont appuyés sur des
engins de chasse par gravité: entre avril 2002 et
avril 2006 , ils ont collecté des données à partir de
l'expérience GRACE sur la récupération de la gravité
et le climat (GRACE). Les satellites jumeaux GRACE fonctionnent en
tirant parti du fait que l'attraction
de la gravité sur une zone est
proportionnelle à la masse qui se trouve au sommet de
cette zone. Les satellites de GRACE volent en tandem,
continuant le suivi de la distance qui les sépare tout
en prenant des mesures du remorqueur(de
l'enregistreur) de la gravité. Lorsque le planeur
avant passe au-dessus d'une zone de gravité à pointes,
le satellite ressent et réagit à la traction avant
celui qui suit. La petite secousse modifie la distance
entre les deux satellites, et les détecteurs de
micro-ondes peuvent déterminer la distance à moins
d'un micron - légèrement plus petit qu'un globule
rouge, ou 2000 fois plus petit qu'une tête d'épingle.
"Si la Terre était une sphère parfaite, La réalité gravitationnelle
serait la même
partout dans le monde », a déclaré Tamisiea à LiveScience . Mais la Terre n'est
pas une sphère parfaite. C'est grumeleux; la masse est
inégalement répartie à l'intérieur de la Terre et à sa
surface. Ainsi, la gravité varie selon les
régions. Des études
antérieures et des calculs théoriques ont recherché
haut et bas la gravité manquante. Selon une
explication, la convection dans le manteau terrestre
tire la plaque continentale vers le bas. Le problème avec
cette théorie est qu'un tel processus se produit de
l'ordre d'un million d'années environ et
n'apparaîtrait pas dans les mesures GRACE car elles ne
détectent que des changements géologiquement «rapides»
de gravité de l'ordre de plusieurs années. Une autre théorie
attribue la gravité anormale au rebond glaciaire, qui
se produit à des échelles de temps beaucoup plus
courtes. Au cours de la dernière période glaciaire,
la calotte glaciaire laurentidienne de deux milles
d'épaisseur s'étendait de l'Arctique à l'est du Canada
jusqu'à la moitié nord du Midwest des États-Unis,
couvrant 5 millions de milles carrés. Le drap massif pressé
sur la Terre, déformant la croûte un peu comme un
lutteur de sumo sur une surface de trampoline. Même si la couverture
glacée a pratiquement disparu, la Terre ressent
toujours le fardeau et, comme un oreiller en mousse à
mémoire de forme qui rebondit lentement, elle n'a pas
encore retrouvé sa forme sans glace. Les mesures de
gravité révèlent que la légère déformation pourrait
expliquer environ 25 à 45 pour cent de la gravité
inhabituellement faible qui a persisté sur une grande
partie du Canada. Le reste de la «gravité manquante» peut être
expliqué par une sorte de tiraillement du manteau,
disent les scientifiques. Deux endroits, à
l'ouest (Keewatin) et à l'est (nord du Québec), ont
montré des changements de gravité plus importants par
rapport aux régions environnantes, suggérant au moins
deux grands dômes de glace en saillie de l'inlandsis
laurentidien à l'époque du Pléistocène tardif, a
déclaré Tamisiea. Les résultats aideront les scientifiques à
comprendre la dynamique des calottes glaciaires et
comment le climat affecte la masse et la distribution
de la glace sur la Terre. «Le fait de
savoir qu'il y a les deux dômes nous donne un moyen de
mettre des contraintes plus strictes sur la façon dont
la calotte glaciaire se développe et évolue avec le
changement climatique», a déclaré Tamisiea.
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