Le pergélisol, qui est défini comme un sol qui demeure gelé pendant au moins deux années consécutives, constitue une couche subsurface abondante et riche en glace, principalement présente dans les régions arctique et subarctique. Loin d'être un sol inerte, le pergélisol joue un rôle vital dans le maintien de l'intégrité structurelle des paysages arctiques, en soutenant des écosystèmes uniques et en séquestrant de vastes quantités de carbone organique accumulées au cours des millénaires.

Conducteurs de Pergélisol Thaw

Amplification de l'Arctique et réchauffement planétaire

Les observations révèlent que l'Arctique se réchauffe à près de quatre fois le taux de la moyenne mondiale, en grande partie en raison de mécanismes de rétroaction comme la perte de glace de mer, la réduction de la couverture de neige et les changements dans les modes de circulation atmosphérique. L'augmentation des températures de l'air entraîne une augmentation des températures de surface du sol, ce qui a pour effet d'amplifier la couche active, qui est la couche la plus élevée qui dégele de façon saisonnière.Cette expansion de la couche active permet à la chaleur de pénétrer plus profondément dans la sous-sol, de fondre la glace dans le pergélisol et de déstabiliser le sol gelé.

Dérangements anthropiques et changements dans l'utilisation des terres

Les activités humaines exacerbent directement et indirectement le dégel du pergélisol. Les aménagements d'infrastructures comme les routes, les pipelines, les bâtiments et les aéroports modifient le bilan énergétique de surface naturel en éliminant la végétation isolante, en compactant la neige et en introduisant des sources de chaleur. Ces changements augmentent le réchauffement du sol localement, en provoquant la dégradation du pergélisol. De plus, la déforestation et les incendies de forêt éliminent les couches de végétation protectrices, en exposant le sol à une augmentation du rayonnement solaire et en augmentant les taux de dégel.

Mécanismes de rétroaction autorenforçants

Le dégel du pergélisol entraîne plusieurs boucles de rétroaction positives qui amplifient le réchauffement et la dégradation du sol. La glace qui fond dans le sol, ce qui entraîne une diminution des dépressions qui peuvent accumuler de l'eau. Ces bassins et lacs thermokarst absorbent plus de rayonnement solaire que la toundra environnante en raison de leur faible albédo, ce qui entraîne un réchauffement localisé et un dégel plus poussé. De plus, le dégel du pergélisol libère de grandes quantités de carbone organique préalablement congelé dans l'environnement. La décomposition microbienne de cette matière organique émet de puissants gaz à effet de serre, principalement du dioxyde de carbone (CO2) dans des conditions aérobies et du méthane (CH4) dans des sols anaérobies à l'eau.

Transformations géographiques induites par la Thaw de Permafrost

Thermokarst Terrain et évolution du paysage

L'un des effets géomorphologiques les plus visibles du dégel du pergélisol est le développement de paysages thermokarst, caractérisés par des reliefs inégaux et hummocky entrecoupés de dépressions, de fosses et de caractéristiques d'effondrement résultant de la fonte de la glace de fond. Lorsque le pergélisol est riche en glace, le sol surplombant perd du volume et s'abaisse, formant souvent des bassins irréguliers qui se remplissent d'eau, créant des lacs thermokarst. Ces lacs peuvent se développer rapidement et se fusionner, modifiant de façon spectaculaire l'hydrologie de surface en redirigeant les voies de drainage et en modifiant les nappes d'eau locales.

Érosion côtière accélérée et perte de terres

La fonte des glaces terrestres déstabilise ces sédiments côtiers, les rendant sensibles à l'action des vagues, aux ondes de tempête et au dégel. Notamment, certaines régions de l'Alaska et de la Sibérie ont connu des taux de retrait des côtes dépassant 10 à 20 mètres par année. Cette érosion rapide non seulement entraîne une perte importante d'habitat pour la flore et la faune indigènes, mais menace également l'existence de communautés autochtones situées près des côtes.La réinstallation de villages entiers est devenue nécessaire dans certaines régions en raison des risques posés par la perte de terres.

Modification des systèmes hydrologiques

Dans les régions où le pergélisol est riche en glace, la fonte augmente la porosité du sol, ce qui permet à l'eau de s'infiltrer plus profondément qu'auparavant, ce qui peut réduire la nappe phréatique et faire diminuer ou sécher les cours d'eau et les rivières pendant les mois chauds. Inversement, la subsidence des terres peut créer des dépressions qui se remplissent d'eau, formant de nouvelles zones humides et des étangs qui peuvent perturber les réseaux de drainage existants.

Stabilité de la pente et phénomènes de glissement de terrain

La fonte de la glace dans le pergélisol affaiblit la cohésion du sol sur les pentes et les flancs de collines, ce qui précipite les phénomènes de dégel massif à grande échelle connus sous le nom de dégel rétrogressif. Ces glissements de terrain peuvent faire progresser des centaines de mètres vers l'intérieur des terres, libérant des sédiments, du carbone organique et de la glace dans les cours d'eau et les lacs adjacents.

Conséquences environnementales de la dégel de pergélisol

Rejets de gaz à effet de serre et rétroactions climatiques

Bien que les émissions de CO2 provenant de la décomposition aérobie constituent la majorité du carbone rejeté par la masse, le méthane est un gaz à effet de serre beaucoup plus puissant, avec un potentiel de réchauffement planétaire supérieur à 25 fois celui de CO2 sur une période de 100 ans. Des phénomènes de dégel abrupts tels que la formation et le drainage de lacs thermokarst et des baisses de température peuvent libérer du méthane à des taux beaucoup plus rapides que les processus de dégel progressifs.

Perturbations des écosystèmes arctiques et de la biodiversité

La transformation des paysages, induite par le dégel, perturbe ces équilibres écologiques délicats. La perte de glace de fond déstabilise les sols, complique l'ancrage des racines et modifie la composition des communautés végétales. L'expansion des terres humides thermokarst transforme les habitats de la toundra sèche en milieux aquatiques, en déplaçant les espèces adaptées aux conditions terrestres. Les changements dans l'humidité du sol et la disponibilité des nutriments favorisent la prolifération d'espèces d'arbustes plus grands que les arbustes nains et les mousses, qui à leur tour affectent les patrons d'accumulation de neige et les albédos de surface. Ces changements végétaux s'étendent en cascade dans le réseau alimentaire, influant sur les herbivores comme les caribous et les oiseaux migrateurs dépendant de certains habitats de reproduction.

Augmentation de la fréquence et de la gravité des feux de forêt

Les feux sauvages non seulement consomment de la végétation hors du sol, mais ils brûlent aussi par des couches de sol organiques isolantes, ce qui exacerbe la dégradation du pergélisol en exposant la glace de terre à des conditions plus chaudes. Les saisons de feux sans précédent de 2019 et 2020 dans l'Arctique ont brûlé de grandes zones précédemment considérées stables, libérant des quantités importantes de carbone et accélérant encore le dégel. Les cicatrices de brûlure modifient les propriétés de l'albédo et du sol, favorisant une boucle de rétroaction de probabilité accrue d'incendie et de perte de pergélisol.

Incidences sociales et économiques

Vulnérabilité des infrastructures et coûts économiques

Le dégel du pergélisol est l'une des conséquences les plus coûteuses et les plus difficiles du changement climatique pour les collectivités et les industries arctiques.De nombreuses infrastructures, y compris les routes, les chemins de fer, les pipelines, les aéroports et les bâtiments, ont été construites en supposant que le sol gelé est stable. Au moment où le pergélisol se dégrade, ces structures subissent des effondrements, des fissures et des défaillances différentielles.

Effets sur les communautés autochtones et le patrimoine culturel

La chasse et la pêche de subsistance dépendent de conditions de glace prévisibles et de régimes hydrologiques stables, qui sont perturbés par les changements causés par le dégel dans les cycles de terrain et d'eau. Les voies de migration des troupeaux de caribous et des frayères de poissons sont modifiées, ce qui compromet la sécurité alimentaire. Les caves de glace traditionnelles, utilisées pendant des siècles pour stocker les aliments en toute sécurité, s'effondrent à mesure que la température du sol augmente, obligeant les collectivités à s'adapter ou à abandonner ces pratiques culturellement significatives. L'érosion côtière et la subsidence des terres ont rendu plusieurs villages inhabitables; le village yup'ik de Newtok, en Alaska, illustre cette situation, après s'être lancé dans une réinstallation difficile et prolongée à des endroits plus élevés depuis la fin des années 1990.

Risques pour la santé et défis liés à la sécurité alimentaire

Le dégel du pergélisol a des effets multiples sur la santé humaine et la sécurité alimentaire. Le dégel des sols libère des matières organiques et des microbes dans des sources d'eau douce, ce qui peut contaminer l'eau potable. De plus, les polluants stockés comme le mercure et les produits chimiques industriels emprisonnés dans des sols gelés peuvent être libérés, ce qui pose des risques supplémentaires pour la qualité de l'eau.

Approches d ' atténuation et d ' adaptation

Innovations en génie pour protéger les infrastructures

Pour relever les défis de dégradation du pergélisol, les ingénieurs ont mis au point diverses méthodes pour préserver la stabilité du sol sous l'infrastructure. Les thermosiphons, qui sont des dispositifs passifs d'échange de chaleur, transfèrent la chaleur du sol à l'atmosphère pendant l'hiver, aidant à maintenir les conditions de gel du sol. Les couches isolantes composées de gravier ou de matériaux synthétiques réduisent le transfert de chaleur des bâtiments chauds au sol, atténuant le dégel.

Systèmes améliorés de surveillance et d'alerte rapide

Le Réseau terrestre mondial pour le pergélisol (RPT) coordonne les mesures de température, la surveillance active de la profondeur des couches et les observations de stabilité au sol dans l'Arctique, bien que la couverture spatiale reste limitée. Les progrès réalisés dans les technologies de télédétection, comme le radar d'ouverture synthétique interférométrique (ISAR), permettent de détecter la subsidence et la déformation au sol avec une grande précision dans de vastes zones.

Réductions des émissions mondiales et initiatives politiques

La stratégie la plus efficace à long terme pour ralentir le dégel du pergélisol est la réduction rapide des émissions mondiales de gaz à effet de serre, en particulier de CO2 et de méthane. Les cadres internationaux tels que l'Accord de Paris visent à limiter le réchauffement de la planète et à préserver ainsi la stabilité du pergélisol. Toutefois, les engagements nationaux actuels sont insuffisants pour atteindre les objectifs de température propices à la préservation du pergélisol. Au-delà des réductions d'émissions, certains scientifiques ont étudié des propositions de géoingénierie, notamment en augmentant la réflectivité de la surface arctique en déployant des matériaux réfléchissants ou des aérosols, et en construisant des obstacles au piégeage des sédiments le long des côtes érodées, afin d'atténuer le dégélisol et la perte de terres côtières.