Qu'est-ce que le pergélisol et où est-il trouvé?

Le pergélisol est un sol qui est resté à 0°C ou moins (32°F) pendant au moins deux années consécutives. Il sous-tend environ 24 pour cent de la surface exposée dans l'hémisphère Nord, couvrant de vastes régions de Sibérie, d'Alaska, du Canada et de certaines parties de Scandinavie. Le pergélisol se caractérise non pas par la présence de glace seulement, mais par l'état gelé permanent du sol, de la roche et de la matière organique à l'intérieur de celui-ci.

Le terrain de pergélisol est souvent divisé en trois zones, en fonction de l'étendue de la surface : continue (couvrant > 90 % de la zone), discontinue (50 à 90 %) et sporadique (< 50 %). Dans les zones continues, le terrain gelé est presque intact – typique des régions arctiques élevées. Les zones discontinues ont des poches dégelées, souvent près des rivières ou des lacs.

Le matériau organique piégé dans le pergélisol – plantes mortes, animaux et microbes – a été gelé pendant des millénaires. Dans certains endroits, le carbone stocké dans le pergélisol dépasse tout le carbone actuellement dans l'atmosphère terrestre. Lorsque le pergélisol dégele, ce carbone devient disponible pour la décomposition, libérant des gaz à effet de serre comme le dioxyde de carbone et le méthane.

Pourquoi le pergélisol se dégele?

Les changements climatiques en tant que moteur principal

Le facteur le plus important qui a entraîné le dégel du pergélisol est le réchauffement rapide de l'Arctique et des régions subarctiques. Au cours des dernières décennies, l'Arctique a connu un réchauffement presque quatre fois plus rapide que la moyenne mondiale, phénomène connu sous le nom d'amplification de l'Arctique.

La profondeur de dégel saisonnier – la couche active – augmente dans de nombreuses régions de pergélisol. Lorsque la couche active s'étendait une fois seulement de 30 à 60 cm sous la surface, elle peut maintenant atteindre plus d'un mètre dans certains endroits. Ce dégel saisonnier plus profond permet d'entrer dans la couche gelée en permanence en dessous, accélérant le processus de dégel année après année.

Dégelées par les feux de forêt et les perturbations

Les feux sauvages, qui sont de plus en plus fréquents et intenses dans les latitudes septentrionales, éliminent les couches organiques isolantes et assombrit la surface du sol. Après une brûlure, le sol absorbe plus de rayonnement solaire, ce qui provoque le pergélisol à se réchauffer et à dégeler plus rapidement. Dans certaines régions, la perte de couvert d'arbres et de matière organique de surface a augmenté la profondeur de dégel de l'été de 50 pour cent ou plus.

Dégel provoqué par l'homme

Le développement des infrastructures – routes, pipelines et bâtiments – accélère également la dégradation du pergélisol. L'élimination de la végétation et la construction de surfaces qui conservent la chaleur, comme les chaussées sombres ou les toits métalliques, augmentent la température du sol. Les bâtiments mal isolés transfèrent la chaleur vers le bas, ce qui entraîne le dégel du pergélisol sous-jacent.

Mécanismes de transformation du paysage

Thermokarst et subsidence au sol

Lorsque le pergélisol est riche en glace, la surface du sol s'effondre, créant une topographie robuste connue sous le nom de thermokarst. Cette subsidence peut causer des dépressions, des trous de puits et des bosses. Le terrain du thermokarst est l'un des signes les plus visibles du dégel du pergélisol.

Au fur et à mesure que le sol coule, le paysage passe d'une plaine relativement plate, gelée, à un jumeau d'étangs, de tourbières et de terrains inégaux, qui peut être progressif (quelques centimètres par an) ou soudain (mètres en une seule saison). Le terrain inégaux rend extrêmement difficile l'entretien des routes, des chemins de fer et des pipelines, souvent construits sur un pergélisol stable.

Formation des lacs Thermokarst

Une fois que les dépressions se forment à partir de la subsidence, elles se remplissent souvent d'eau de glace fondante et de précipitations, créant des lacs thermokarst.Ces lacs sont caractéristiques du dégel des paysages de pergélisol. Ils varient en taille de petits étangs de quelques mètres à de vastes lacs couvrant plusieurs kilomètres. L'eau de ces lacs réchauffe encore le pergélisol sous eux, approfondissant le dégel et élargissant le lac.

Le drainage soudain des lacs thermokarst est un phénomène de plus en plus courant en Alaska et en Sibérie. Lorsqu'un lac s'écoule, il expose le pergélisol sous-jacent à l'air, ce qui entraîne un dégel plus rapide. Ces événements remodelent l'hydrologie locale et peuvent même modifier les nappes phréatiques régionales.

Érosion et effondrement des côtes

Dans les zones côtières arctiques, le dégel du pergélisol accélère l'érosion parce que les falaises gelées qui tamponnent la côte se fondent de l'intérieur. La perte de glace affaiblit les bluffs et l'action des vagues les sous-cute, ce qui entraîne l'effondrement de blocs énormes de sédiments gelés dans la mer. Les taux d'érosion côtière ont doublé dans certaines parties de l'Alaska et de la Sibérie au cours des 50 dernières années, certains endroits perdant plus de 20 mètres de littoral par an.

Sur les pentes de colline, le pergélisol peut déclencher des chutes massives – connues sous le nom de de dégel rétrogressif – où la fonte d'une couche de glace exposée provoque la descente du sol surplombant. Certains de ces chutes s'étendent sur des centaines de mètres et peuvent remodeler des vallées entières en un seul été.

Conséquences écologiques du dégel du pergélisol

Les changements de végétation et l'écologisation de l'Arctique

Alors que le sol se réchauffe et que la couche active s'épaissit, les arbustes et les arbres qui étaient auparavant rabougris peuvent s'étendre dans des zones autrefois dominées par la toundra. Ce phénomène, connu sous le nom de verdissement arctique, est une conséquence directe de la dégradation du pergélisol.

Cependant, l'expansion des arbustes et des arbres a aussi un effet de refroidissement dans certaines régions : une croissance accrue des plantes peut réduire le CO2 pendant la saison de croissance, compensant partiellement le rejet de carbone. Mais cette absorption saisonnière est beaucoup plus faible que le carbone émis par la matière organique décomposée qui est gelée depuis des milliers d'années.

Réponse de la faune et perturbation de l'habitat

De nombreux animaux de l'Arctique dépendent de paysages stables de pergélisol. Les caribous et les rennes, par exemple, dépendent de la toundra sèche pour le vêlage et les voies de migration. La formation de thermokarst peut inonder ces zones ou créer des terrains infranchissables.

Les baleines et les morses peuvent trouver plus de voies d'eau libres à mesure que la glace de mer diminue, bien que la perte de glace côtière réduise également les plates-formes importantes d'alimentation et de repos. Dans l'ensemble, le dégel du pergélisol agit comme une force puissante de changement écologique, poussant les espèces à s'adapter ou à se réinstaller.

Rejet de carbone et de méthane

Le pergélisol est l'un des plus grands dépôts de carbone terrestre, qui contient environ 1 500 milliards de tonnes de carbone organique – soit environ le double de la quantité actuellement présente dans l'atmosphère. Lorsque le pergélisol dégele, les microbes commencent à décomposer cette matière organique, libérant du CO2 dans des conditions aérobies et du méthane dans des conditions anaérobies (avec des gaz à effet de serre).

La quantité de méthane libérée par les lacs thermokarst et les zones humides est une incertitude majeure dans les modèles climatiques.Des études ont détecté des panaches de méthane massifs qui se sont répandus dans les lacs arctiques et dans la plate-forme arctique de la Sibérie orientale, une région de pergélisol submergée.Ces émissions pourraient accélérer le réchauffement de la planète dans un cycle d'auto-réintégration.

Des chercheurs d'organismes comme Nature Geoscience ont documenté que le dégel brusque du pergélisol – où le sol s'effondre en quelques années plutôt que des décennies – peut libérer le carbone beaucoup plus rapidement que le dégel progressif du haut vers le bas.

Impact sur l'infrastructure humaine

Bâtiments et fondations

Dans de nombreuses communautés du Nord, les bâtiments sont ancrés dans le pergélisol à l'aide de pieux qui reposent sur des sols gelés pour assurer leur stabilité. Comme le pergélisol se réchauffe et perd sa capacité de roulement, ces pieux peuvent se déplacer, provoquant des fissures au sol, des portes à jarreter et des murs à basculer.

Les nouvelles techniques de construction comprennent l'utilisation de thermosyphons – des dispositifs de refroidissement passifs qui éliminent la chaleur du sol – et l'élévation des structures sur des pieux réglables.

Réseaux de transport

Les routes et les chemins de fer construits sur le pergélisol sont extrêmement vulnérables.Dans la zone discontinue du pergélisol, les chaussées se ferment souvent et se fissurent à mesure que le sol s'abaisse de façon inégale. Les lignes ferroviaires, comme le chemin de fer de la baie d'Hudson dans le nord du Manitoba, ont subi des déraillements et des interruptions de service en raison du mouvement au sol lié au dégel.

Pétrole et gazoduc

Les pipelines comme le réseau de pipelines trans-alaska ont été conçus avec une sensibilité au pergélisol : le pipeline est élevé partout où le sol contient du pergélisol riche en glace. Cependant, les routes et les structures de soutien environnantes sont encore touchées. En Russie, les ruptures de pipelines de pétrole et de gaz dues au dégel ont causé des déversements importants dans l'environnement.

Selon un rapport du Bureau de la responsabilité du gouvernement américain, de nombreuses collectivités du Nord ne sont pas adéquatement préparées pour les dommages accélérés causés par le dégel du pergélisol.

Conséquences mondiales et le Loop de retour sur le carbone

Les scientifiques estiment que si le monde atteint l'objectif de l'Accord de Paris de limiter le réchauffement à 1,5 °C, les émissions de pergélisol pourraient rester relativement modestes. Mais avec les trajectoires d'émissions actuelles conduisant à 3-4 °C de réchauffement, le pergélisol pourrait libérer des centaines de milliards de tonnes de CO2 et de méthane, amplifiant de manière significative le changement climatique.

Cette boucle de rétroaction est parfois appelée la bombe -pergélisol. - Bien que le terme peut être mélodramatique, le risque est réel. La meilleure science disponible, compilée par le sixième rapport d'évaluation de l'IPCC, indique que le dégel du pergélisol contribue déjà aux concentrations atmosphériques de gaz à effet de serre.

De plus, le pergélisol dégelant peut libérer des pathogènes anciens et des métaux toxiques comme le mercure. Le pergélisol arctique contient environ 15 millions de gallons de mercure – l'un des plus grands réservoirs naturels de la Terre. Le mercure provenant du pergélisol dégelant peut pénétrer dans les voies navigables et s'accumuler dans les poissons, affectant les communautés autochtones qui dépendent de la pêche de subsistance.

Faits intéressants concernant le dégel de pergélisol

Megaslumps et Batagaika Crater

Le cratère de Batagaika en Sibérie – souvent appelé le ----- est le plus grand mégaslump de pergélisol du monde. Il est apparu dans les années 1960 après la déforestation exposé le sol, et il a été en expansion depuis. Depuis 2024, le cratère est de plus d'un kilomètre de long et de plus de 80 mètres de profondeur. Chaque été, les murs du cratère s'effondrent, exposant les restes gelés d'animaux anciens, y compris un cheval de l'âge de glace parfaitement préservé et un bison. Le cratère sert d'indicateur dramatique et inquiétant de la rapidité avec laquelle les paysages de pergélisol peuvent changer.

Virus et microbes anciens

En 2014, les scientifiques ont réinfecté un virus géant de 30 000 ans, Pithovirus sibericum, du pergélisol sibérien. Bien qu'il n'infecte que les amoebas, la découverte soulève des préoccupations quant au fait que des virus pathogènes pourraient aussi être libérés sous forme de fonte de glace. Le pergélisol de la dégel pourrait exposer des carcasses animales qui transportent des spores de charbon, comme en témoigne une épidémie de 2016 dans la péninsule de Yamal qui a tué un enfant et des milliers de rennes.

Pergélisol sous-marin – Le réservoir sous-marin

Le pergélisol n'est pas tous sur terre. De grandes zones du plateau continental arctique sont sous-marines par le pergélisol sous-marin qui a été formé au cours de la dernière période glaciaire où le niveau de la mer était plus bas. Aujourd'hui submergé sous l'eau de mer, ce pergélisol est lentement dégelé à partir du sommet (exposé à une eau relativement chaude) et du fond (chaleur géothermique).

Retirer les anciennes lisières

Les coins de glace – des formations de glace massives qui ont souvent des centaines de milliers d'années – se fondent dans l'Arctique. Ces coins se forment à partir de fissures répétées et de remplissage du sol avec de l'eau qui gèle. Lorsqu'ils dégelent, la surface du sol s'effondre, créant un schéma polygonal de creux. Ces polygones -thermokarst se remplissent d'eau de fonte et deviennent une mosaïque d'étangs peu profonds.

Adaptation et orientations futures

Systèmes de surveillance et d'alerte rapide

Des réseaux tels que le Réseau terrestre mondial pour le pergélisol (RTG-P) recueillent des données de centaines de forages dans le monde entier. Les techniques satellitaires, y compris le radar d'ouverture synthétique interférométrique (ISR), peuvent détecter la déformation du sol à l'échelle du centimètre sur de grandes zones. Ces outils permettent aux scientifiques d'identifier les points chauds du dégel rapide et de fournir des avertissements précoces aux gestionnaires de l'infrastructure.

Les chercheurs de l'Institut de recherche arctique et alpine (INSTAAR) ont élaboré des approches novatrices pour modéliser la dynamique du pergélisol, en intégrant les données de terrain aux modèles climatiques à haute résolution.

Solutions d'ingénierie

Pour les infrastructures existantes, les thermosyphons, les panneaux d'isolation et les coussinets de gravier peuvent aider à ralentir le transfert de chaleur dans le pergélisol. De nouveaux bâtiments sont souvent construits sur des pieux à vis ou des fondations réglables qui peuvent être réajustées à mesure que le sol se déplace. Certaines routes utilisent une technique appelée -atténuation de la décomposition, - où le remplissage granulaire compacté remplace le sol riche en glace.

À long terme, la seule option durable pour de nombreuses régions est la réinstallation prévue – déplacer les collectivités et les infrastructures loin des zones de pergélisol les plus vulnérables. Ce processus est déjà en cours pour plusieurs villages autochtones en Alaska et au Canada qui sont gravement érodés et submergés.

Politique et action mondiale

La dégel du pergélisol étant un problème mondial lié au changement climatique, la réduction des émissions de gaz à effet de serre reste la stratégie la plus efficace. Les accords internationaux qui limitent le réchauffement de la planète limitent également la dégradation du pergélisol.

Depuis des milliers d'années, les peuples de l'Arctique observent les changements du sol et y réagissent. L'intégration des observations traditionnelles aux données scientifiques donne des images plus précises de la façon dont le pergélisol se déplace et de ce qu'il signifie pour les écosystèmes et les moyens de subsistance locaux.

Conclusion

Le dégel du pergélisol n'est pas un risque théorique lointain – il se produit maintenant, remodelant de vastes paysages dans l'Arctique et subarctique. La transformation du sol gelé en terrain de subside, lacs thermokarst et érosion des côtes a de profondes conséquences pour les écosystèmes, la faune, les infrastructures et la stabilité climatique.

La compréhension de ces faits intéressants sur le dégel du pergélisol et la transformation du paysage contribue à souligner l'urgence d'atténuer les changements climatiques et de s'adapter aux changements déjà en cours. Le monde gelé sous nos pieds est en train de céder rapidement le pas – et les paysages qu'il laisse derrière lui définiront l'Arctique pour les générations à venir.