Glace

La glace, y compris la neige, est la phase solide de l'eau. Ce concept est préférable à celui d' « eau gelée », puisque l'eau peut passer en phase solide de deux manières, soit par congélation de la phase liquide ou par déposition (condensation) directe de la phase gazeuse. Ces différents processus produisent des types de glace distincts dans l'atmosphère, à la surface de la Terre ou sous terre. La forme prise par la glace à l'état solide a généralement des conséquences sur le rôle qu'elle joue dans l'environnement et ailleurs. La neige est un type distinct de glace. Les autres types de glace sont la glace desGLACIERS, des rivières, des lacs, laGLACE MARINE, la glace terrestre de différents types, ainsi que laGRÊLE, les cristaux desNUAGES , la gelée blanche et le givre. Les cristaux de glace ont généralement une forme hexagonale, en raison de la symétrie interne découlant du regroupement régulier de la molécule d'eau triatomique (H2O). Le diamètre de ces cristaux varie beaucoup : moins de 1 mm pour les cristaux des nuages et plus de 10 cm dans certains glaciers.

La neige est un type de précipitation atmosphérique solide qui atteint la surface de la Terre. À -40 °C, les cristaux de glace peuvent se former dans l'atmosphère à partir de gouttelettes d'eau qui passent spontanément de l'état liquide à l'état solide. Si la température est inférieure, l'eau peut passer spontanément de l'état gazeux à l'état solide. Les minuscules cristaux hexagonaux produits de cette façon forment les cirrus et les scintillements de « poussières de diamant » qu'on voit souvent par les froides journées ensoleillées.

Une fois qu'ils existent dans les nuages formés de gouttelettes d'eau surfondues, ces cristaux de glace peuvent grossir et devenir des cristaux de neige par condensation de la vapeur d'eau, car la capacité de l'air à retenir la vapeur d'eau est moindre en présence de glace. La forme hexagonale particulière prise par le cristal en formation est déterminée par le taux d'humidité et, plus particulièrement, par la température. Quand un cristal commence sa chute à travers le nuage, il continue à grossir par accrétion d'autres gouttelettes surfondues. Cette croissance par congélation se distingue de celle par condensation de la vapeur. Le grésil, une neige très « roulée » , est l'ultime produit de ce processus. Le givre, de la glace produite par la congélation de minuscules gouttelettes surfondues, ne se produit pas uniquement dans l'atmosphère, où il s'accumuler sur les avions en vol, mais aussi à la surface de la terre. Pendant leur chute, de nombreux cristaux de neige peuvent aussi se combiner et produire un flocon.

Les cristaux de glace peuvent fondre ou s'évaporer (se sublimer) lorsqu'ils passent dans la partie la plus chaude du nuage ou à l'extérieur du nuage lors de leur descente vers le sol. La majorité de la pluie qui tombe au Canada provient de la neige qui fond pendant sa descente. La grêle, un type de précipitation solide qui se caractérise par des couches de glace qui reflètent l'alternance de gel et de dégel dans les nuages orageux turbulents, est un bon exemple de la mise en jeu des différents changements d'état de l'eau dans la production d'un type particulier de glace. La plupart des expériences dePROVOCATION ARTIFICIELLE DE LA PLUIE, dont l'objectif est de faire tomber la pluie ou d'éviter la formation de grêle, consiste à produire de la glace dans les nuages chargés d'eau.

Lorsque la neige atteint le sol, elle forme souvent un manteau. Le manteau a généralement tendance à se compacter et à devenir plus dense avant de fondre et de s'écouler ou de se transformer en glace sur un glacier. La fonte et le gel peuvent rapidement produire des couches de « vraie glace » dans le manteau. Toutefois, dans les régions froides, il peut s'écouler de nombreuses années avant que ce dernier ne se compacte suffisamment pour finir en glace.

La congélation des gouttelettes d'eau ou la nucléation de la vapeur d'eau, dans l'atmosphère ou ailleurs, produit différents types de cristaux de glace qui peuvent se combiner pour former des amas de glace composés de nombreux cristaux. Sur et sous la surface de la terre, ces amas, produits par la congélation d'une grande quantité d'eau ou par le compactage du manteau de neige, forment la plus grande partie de la glace (voirPERGÉLISOL ; RELIEF PÉRIGLACIAIRE).

La glace se forme sur les plans d'eau douce quand la température à la surface descend légèrement sous le point de congélation. Or, l'eau atteint sa densité maximale à environ 4 °C. Ainsi, lorsque l'eau de la surface d'un lac atteint cette température, elle devient plus lourde que l'eau plus chaude située en dessous d'elle et descend donc en profondeur. L'eau chaude, qui remonte à la surface, est à son tour refroidit avant de redescendre vers le fond. Donc, avant que l'eau du lac se transforme en glace, toute la colonne d'eau doit atteindre 4 °C par ce processus de brassage afin que la température de congélation puisse être atteinte à la surface. Quand la glace se forme, une grande partie du lac est toujours à 4 °C.

Dans les rivières, la turbulence du courant empêche la congélation jusqu'à ce que la température de toute l'eau atteigne 0 °C. Dans les lacs, l'orientation initiale aléatoire des cristaux de glace à la surface de l'eau tend à être remplacée, quand la glace s'épaissit, par des colonnes à six faces orientées verticalement. Ce processus forme une couche de « glace noire » transparente. Au printemps, les colonnes se libèrent et forment de remarquables chandelles de cristaux. Le détrempage des manteaux neigeux qui flottent sur les lacs produit une couche de neige partiellement fondue qui, si elle gèle à nouveau, forme un type distinct de glace blanche composé de cristaux orientés au hasard.

Ces deux types de glace illustrent bien les liens qui unissent le processus de production de la glace, sa forme et ses conséquences environnementales. Grâce à la disposition régulière de ses cristaux, la glace noire est transparente. Par contre, la glace blanche réfléchit ou absorbe la plus grande partie de la lumière qui l'éclaire.

La majorité des formes importantes de glace ont été retrouvées enfouies sous la surface de la terre. Il n'est pas rare que de larges morceaux de glaciers soient enterrés et préservés ou que des barres neigeuses soient ensevelies par des avalanches de pierres. La glace peut en fait se former et persister sous la surface de la terre. La glace présente sous la surface de la terre peut affecter le drainage, la topographie de surface et la croissance de la végétation. La glace permanente au sol proprement dite, est une caractéristique des régions où existe lePERGÉLISOL. Sa présence y est révélée par des caractéristiques comme lesPINGOS (voirRELIEF PÉRIGLACIAIRE). Dans ces régions, le sol gelé pose un problème considérable pour la construction.

Au Canada, la glace, et particulièrement la neige, jouent un rôle important dans le débit des rivières. La plupart des rivières atteignent leur débit annuel maximum au printemps, alors que les précipitations accumulées sur plusieurs mois s'écoulent en quelques jours ou quelques semaines. Dans les régions froides, la plupart des précipitations annuelles s'écoulent à ce moment. Les rivières qui coulent des montagnes, comme c'est le cas de certaines rivières de prairies, peuvent, bien sûr, être alimentées par la neige et les glaciers pendant tout l'été.

La nature des précipitations hivernales contrôle aussi la phase de débit minimum de bon nombre de nos rivières. À l'exception des régions chaudes du Sud, où les taux élevés d'évaporation et d'évapotranspiration dépassent la quantité de pluie tombée et causent ainsi des sécheresses vers la fin de l'été, les rivières canadiennes tendent à atteindre leur débit minimum vers la fin de l'hiver. Elles ont alors été privées des eaux d'écoulement pendant des mois, puisque les précipitations étaient retenues par les amoncellements de neige. Dans le Nord et dans les régions présentant un pergélisol, le débit peut être nul aux endroits où les rivières gèlent complètement. L'aufeis (équivalent allemand de « sur la glace » ) est un type de glace qui provient de situations statiques similaires. Vers la fin de l'hiver, même les chutes du Niagara sont presque entièrement gelées.

En tant que région tempérée du Nord, la partie peuplée du Canada est abondamment recouverte de glace et de neige, ce qui procure à la plupart des régions du pays suffisamment d'eau douce pour satisfaire leurs besoins. La neige offre d'autres avantages, que ce soit pour les sports d'hiver ou comme isolant pour le sol, et bien d'autres. Toutefois, il y a les intempéries et leurs répercussions. Les coûts de déneigement dépasse un milliard de dollars par année au Canada. Les coûts indirects, comme la consommation accrue d'essence et le retard dans les transports, sont encore plus élevés. Les endroits qui reçoivent le plus de neige annuellement au Canada sont Goose Bay, à Terre-Neuve, avec 409 cm ; St John's, à Terre-Neuve, 364 cm ; la ville de Québec, au Québec, 336 cm ; Kapuskasing, en Ontario, 322 cm ; et Charlottetown, à l'Île-du-Prince-Édouard, 305 cm.

Voir aussiGLACIATIONetAVALANCHE.