Fondation Alaska : Pergélisol et Pingos dans la toundra arctique

Sous la vaste étendue sans arbres de la toundra arctique de l'Alaska se trouve un monde entièrement façonné par le froid. Le sol ici n'est pas simplement froid – il est gelé en permanence, souvent à des profondeurs de centaines de mètres. Ce sol gelé, connu sous le nom de pergélisol, est l'architecte silencieux d'un paysage qui semble à la fois étranger et fragile. Déposer ce terrain glacé sont des collines particulières appelées pingos, monuments à la poussée incessante de l'eau contre la terre gelée. Ensemble, le pergélisol et le pingos forment un duo géologique unique qui raconte l'histoire du passé de l'Alaska et laisse entendre son avenir incertain.

La toundra arctique de l'Alaska s'étend de la chaîne Brooks au nord jusqu'à l'océan Arctique, englobant le versant nord, la péninsule Seward et le vaste delta Yukon-Kuskokwim. Cette région est sous-tendue par certains des pergélisols les plus épais et les plus continus de la Terre. Comprendre le pergélisol et le pingos n'est pas seulement un exercice académique; il est essentiel de prévoir comment l'Arctique réagira aux changements climatiques et de gérer l'infrastructure, depuis les oléoducs jusqu'aux villages, construite sur ce terrain autrefois solide.

Qu'est-ce que le pergélisol? Plus que juste la dort congelée

Le pergélisol est défini comme étant le sol (sol, roche ou sédiments) qui demeure à 0 °C ou moins (32 °F) pendant au moins deux années consécutives. Cette définition est purement thermique; elle n'exige pas que le sol contienne de la glace, bien que la plupart des pergélisols en Alaska le font. La couche gelée peut s'étendre de juste en dessous de la couche active dégelée saisonnièrement jusqu'à des profondeurs de 600 mètres ou plus dans les zones les plus froides, comme Prudhoe Bay.

Types de pergélisol

Le pergélisol en Alaska n'est pas uniforme. Les scientifiques le classent par sa continuité géographique :

  • Le pergélisol continu sous-tend 90 à 100% de la surface terrestre, habituellement trouvée au nord de la chaîne Brooks et le long de la côte arctique. Ici le pergélisol est épais et froid, souvent en dessous de -5 °C.
  • Le pergélisol discontinu couvre 50 à 90 % de la superficie, qu'on trouve dans l'intérieur de l'Alaska et dans certaines parties de la péninsule Seward. Il est plus chaud (au-dessus de -2 °C) et plus vulnérable au dégel.
  • Le pergélisol sporadé se trouve dans des parcelles, souvent dans des tourbières ou des pentes orientées nord au sud de la zone principale du pergélisol.

Cette classification est importante parce que la vulnérabilité au dégel [ augmente de façon spectaculaire à mesure que le pergélisol devient plus chaud et moins continu. Ce qui rend le pergélisol de l'Alaska exceptionnel n'est pas seulement son étendue mais sa teneur en glace. De nombreuses régions contiennent des coins de glace massifs – des plaques de glace verticales pouvant être larges de mètres – qui se forment de l'eau qui s'infiltre dans des fissures.

Comment le pergélisol se forme

Le pergélisol se développe lorsque la température moyenne annuelle du sol demeure en dessous du gel pendant des milliers d'années. Au cours du dernier maximum glaciaire, une grande partie de l'Alaska n'a pas été glaciée mais a été soumise à des conditions intenses de froid et de sécheresse. Cela a permis au pergélisol de se former et de persister. Même aujourd'hui, pendant les courts étés arctiques, seulement les 0,5 à 1,0 mètres supérieurs du dégel du sol.

L'épaisseur de la couche active varie selon la chaleur estivale, le couvert végétal et le type de sol. Dans la toundra non perturbée, les mousses et les carex isolent le pergélisol, ce qui maintient la couche active peu profonde. Lorsque ce tapis isolant est perturbé par le feu, les traces de véhicule ou la construction, la couche active s'aggrave, accélérant le dégel du pergélisol, un processus appelé érosion thermique.

Planchers à motifs et reliefs périglaciaux

Le pergélisol entraîne la formation de caractéristiques de surface uniques appelées collectivement sol modifié. Les cycles répétés de gel-dégel trient les pierres en cercles, en polygones, en bandes et en filets. Sur la plaine côtière arctique, les polygones de la lisière de glace dominent le paysage. Ces polygones de faible délief sont limités par des creux qui marquent l'emplacement des coins de glace enterrés.

D'autres caractéristiques périglaciales comprennent pingos (discuté ci-dessous), des chutes de terre[ (des glissements de terrain en forme d'amphithéâtre sur les pentes), et des ébullitions de givre[ (dessèchement du sol vers le haut).Chaque forme est l'expression de l'interaction entre le sol gelé, l'eau et la gravité.

Pingos : Les collines de la toundra

Les pingos sont peut-être les formes de terrain les plus frappantes visuellement créées par le pergélisol. Ces collines en forme de dôme, allant de quelques mètres à plus de 50 mètres de hauteur, sont des caractéristiques de construction, elles poussent du sol plutôt que d'être taillées par érosion. Leur nom vient du mot inuvialuit pour -petite colline. . Les pingos se trouvent en Alaska principalement dans la plaine côtière arctique et les contreforts de la chaîne des Brooks, avec des concentrations particulièrement denses dans la réserve pétrolière nationale–Alaska et le refuge national de la faune.

Comment les Pingos Form: Systèmes ouverts et fermés

Les pingos se forment par deux mécanismes primaires, qui impliquent l'intrusion d'eau sous pression dans une couche de pergélisol:

  • Les pingos à système fermé se développent lorsqu'un lac ou un étang s'écoule, exposant des sédiments saturés non congelés (talik) qui sont maintenant entourés de pergélisol. Le pergélisol s'empiète sur le talik, et lorsque l'eau interstitielle gèle, il s'étend, dominant le sol surplombant. Ce type est commun dans la plaine côtière arctique où des milliers de lacs de dégel s'écoulent périodiquement.
  • Pingos à système ouvert forment une nappe phréatique qui s'écoule en amont du pergélisol par des fissures ou des failles. La pression Artesian pousse l'eau vers la surface, où elle gèle et élève le sol.

Une fois formé, le noyau de glace du pingo est protégé par une couche isolante de sol et de végétation. Les pentes abruptes sont souvent maintenues stables par la végétation, mais si le noyau commence à dégeler – en raison du réchauffement climatique ou de l'érosion – le pingo peut s'effondrer, laissant une dépression remplie d'eau appelée gens (un pingo effondré).

Pingos remarquables en Alaska

L'un des groupes de pingos les mieux étudiés se trouve dans les Gates du parc national de l'Arctique et de la réserve et dans la Réserve nationale de Noatak. Les plus grands pingos d'Alaska atteignent des hauteurs de 40 à 55 mètres, comparables à un bâtiment de 15 étages. Le Parc national de Pingo au Canada.Les Territoires du Nord-Ouest sont parfois mentionnés aux côtés des pingos d'Alaska, mais l'Alaska abrite de nombreux exemples facilement accessibles aux chercheurs des Université de l'Alaska Fairbanks et de la .

Les pingos ne sont pas statiques. Leur croissance et leur décomposition se produisent au cours de siècles à des millénaires. Certains pingos dans la gamme Brooks semblent se développer activement aujourd'hui, tandis que d'autres montrent des signes de dégradation. La présence d'un pingo avec un cratère central (un pingo de -cratère) indique que le noyau de glace a fondu et que le toit s'est effondré. Ces processus offrent une fenêtre dans le comportement thermo-mécanique du pergélisol.

Rôle écologique des pingos

Les pingos sont plus que des curiosités géologiques, ils créent des microhabitats uniques. Les pentes élevées et bien drainées d'un pingo soutiennent souvent différentes communautés végétales que la toundra humide environnante. Les dryas, le saxifrage et diverses herbes peuvent coloniser les pentes du pingo, tandis que la base est annelée par des carex et des mousses.

Importance pour l'environnement et conséquences humaines

Pergélisol et cycle du carbone

Le stockage du carbone est peut-être le plus important pour l'environnement du pergélisol. Le pergélisol de l'Alaska détient entre 1 300 et 1 600 milliards de tonnes de carbone organique accumulées sur des milliers d'années chez des plantes et des animaux morts qui se sont gelés avant de pouvoir se décomposer complètement. Lorsque le pergélisol dégele, les microbes deviennent actifs, détruisant cette matière organique et libérant du dioxyde de carbone et du méthane.

Des études du NOAA Arctic Report Card[ et du Permafrost Carbon Network[ montrent que le dégel du permafrost en Alaska libère déjà des quantités importantes de carbone. De plus, wildfire[ dans la toundra, une fois rare, se multiplient et se font plus sévères, brûlant la couche organique isolante et accélérant la dégradation du permafrost.

Infrastructure sur le terrain de Shaky

Le système de pipelines Trans-Alaska est un exemple célèbre d'ingénierie pour accueillir les tuyaux d'huile chauffés au pergélisol qui sont élevés sur des supports verticaux qui permettent de dissiper la chaleur sans dégeler le sol. Mais les routes, les pistes d'atterrissage, les bâtiments et même les villages entiers dépendent de terrains gelés stables. Lorsque le pergélisol dégele, le sol peut s'effondrer de façon inégale, causant des dommages structurels.

De nombreux villages construits sur le pergélisol connaissent une érosion, des inondations et une déformation du sol. Certains, comme Shishmaref et Newtok, prévoient déjà une réinstallation.

Hydrologie et paysages

Le pergélisol agit comme une barrière imperméable qui piège l'eau près de la surface.Cela explique pourquoi la toundra est si humide — les lacs, les étangs et les milieux humides dominent. Le pergélisol peut drainer ces plans d'eau en percolant l'eau dans des voies nouvellement ouvertes, ou il peut créer de nouveaux lacs thermokarst. Les changements hydrologiques affectent l'habitat du poisson, les aires de reproduction de la sauvagine et la migration du caribou, qui dépendent de certaines régions pour le calibrage.

Les changements climatiques et l'avenir du pergélisol

Selon le NOAA Arctic Report Card 2023, les températures du pergélisol à de nombreux sites de surveillance en Alaska ont augmenté de 0,5 à 1,0 °C par décennie depuis les années 1980. L'Observatoire environnemental de la brouette près d'Utqia vik enregistre des températures du pergélisol proches de la surface qui se sont réchauffées de plus de 2 °C depuis les années 1970. Certains forages dans la chaîne Brooks montrent des températures du pergélisol proches de 0 °C, ce qui signifie que le pergélisol est ---chauffé et susceptible au dégel rapide si le climat continue de se réchauffer.

Le méthane a 28 fois le potentiel de réchauffement du dioxyde de carbone sur un siècle. Certains modèles suggèrent que les rétroactions du pergélisol pourraient ajouter de 0,2 à 0,5 °C au réchauffement planétaire d'ici 2100, ce qui aggraverait la crise climatique.

Les pingos comme indicateurs de changement

Les pingos offrent une jauge sensible de stabilité du pergélisol. Comme leurs carottes de glace sont à ou près du point de fusion, même un léger réchauffement peut les faire se dégrader.Les chercheurs de la Commission géologique des États-Unis et de l'Association internationale du pergélisol surveillent les pingos avec des images satellitaires et des levés de drones pour suivre les changements de hauteur, de stabilité du talus et de végétation.

Dans certaines régions, les nouveaux pingos peuvent se former à mesure que les lacs s'écoulent et que les taliks se gèlent, mais la tendance générale indique une réduction du nombre et de la taille des pingos en Alaska à mesure que le climat se réchauffe.

Conclusion

Le pergélisol et le pingos sont bien plus que des curiosités gelées, ce sont des composantes fondamentales de la toundra arctique de l'Alaska qui façonnent le paysage, régulent les écosystèmes, stockent d'immenses volumes de carbone et soutiennent les activités humaines. Au moment où le climat se réchauffe, ces caractéristiques entrent dans une période de transformation rapide.

Les programmes du University of Alaska Fairbanks et du National Park Service (National Park Service) continuent de recueillir des données qui éclairent les modèles climatiques et les stratégies d'adaptation.Pour les résidents, les décideurs et les scientifiques de l'Alaska, ces caractéristiques gelées ne sont pas seulement des sujets d'étude, mais un baromètre du changement dans un monde de réchauffement.