Qu’est-ce que le pergélisol ? Définition, types et exemples

Le pergélisol est un sol gelé – qui peut être du sable, de la terre ou des roches – qui reste gelé pendant au moins deux ans d’affilée. Il peut se trouver sur la terre ferme, mais aussi sous l’océan. Certains pergélisols sont gelés depuis des centaines, voire des milliers d’années, mais ils sont différents des sols qui gèlent en hiver et dégèlent en été. Le pergélisol reste gelé pendant les changements saisonniers.

Le pergélisol peut avoir une profondeur de quelques mètres ou beaucoup plus. Dans certains endroits, le pergélisol s’étend sur plus d’un kilomètre de profondeur. Il couvre de vastes zones, comme l’ensemble de la toundra arctique, mais il peut aussi se trouver dans des endroits plus petits et spécifiques, comme le côté sous le vent d’une montagne ou le sommet d’une montagne.

Dans l’hémisphère nord, où la masse continentale est plus importante, environ un quart du sol est constitué de pergélisol. Il se trouve dans de nombreux endroits où l’on pourrait s’attendre à le trouver, comme au Canada, au Groenland et dans les régions septentrionales de la Sibérie, ainsi que sous le fond de l’océan Arctique. Près de 85 % des terres de l’Alaska sont gelées en permanence. Mais vous trouverez également du pergélisol à haute altitude dans des endroits inattendus, comme les sommets des Rocheuses et du Tibet. Dans l’hémisphère sud, on le trouve dans la cordillère des Andes et dans les Alpes du sud de la Nouvelle-Zélande.

Définition du pergélisol

Le pergélisol a été nommé pour la première fois en anglais par Simeon William Mueller dans un rapport de l’United States Geological Survey (USGS) datant de 1943, mais d’autres personnes l’avaient déjà remarqué auparavant. Ray, Louis L.  » Pergélisol « . Département de l’intérieur des États-Unis. Mueller a puisé une grande partie de ses informations dans des rapports d’ingénieurs russes du XIXe siècle, car il fallait tenir compte du pergélisol lors de la construction du chemin de fer transsibérien.

Le pergélisol peut se trouver sous des couches de glace, de sorte que la couche de pergélisol commence là où la glace se termine, mais il peut également se trouver sous ce que les scientifiques appellent une « couche active ». Il s’agit d’une couche de sol, de sable, de roches ou d’un mélange de ces éléments qui peut geler et dégeler de manière saisonnière ou mensuelle en fonction des conditions météorologiques, comme la pluie ou les journées ensoleillées. Dans le cas d’une couche active, il faut creuser d’un pied ou plus pour trouver le pergélisol en dessous.

Cela signifie qu’il existe des zones où le pergélisol se trouve directement à la surface, sous une couche active ou sous des couches de glace ou de neige qui peuvent varier au cours de l’année (le pergélisol peut être sous la neige pendant une partie de l’année et exposé pendant une autre partie de l’année). Ces variations peuvent être saisonnières, influencées par les conditions météorologiques, l’action géothermique et d’autres facteurs.

En général, le pergélisol ne se trouve que dans les endroits où les températures moyennes annuelles de l’air sont basses, c’est-à-dire inférieures ou égales au point de congélation de l’eau : 32 F (0 Celsius). Mais là encore, des conditions locales et historiques uniques peuvent signifier que le pergélisol peut se trouver dans des endroits où les températures moyennes sont plus élevées.

Pergélisol continu

Lorsque la température moyenne du sol est de 23 F (-5 C), il fait suffisamment froid pour que le sol reste continuellement gelé. Lorsque 90 à 100 % du sol d’un paysage est gelé, on parle de pergélisol continu. Il existe une ligne de pergélisol continu dans l’hémisphère nord, qui représente les points les plus méridionaux où la terre est recouverte de pergélisol (ou de glace glaciaire). Il n’y a pas d’équivalent dans l’hémisphère sud, car la zone où se trouverait la ligne est située sous l’océan.

Pergélisol discontinu

On parle de pergélisol discontinu lorsque 50 à 90 % du sol reste gelé. Cela se produit lorsque le sol reste froid mais que les températures de l’air fluctuent selon les saisons. Dans ces zones, certaines couches du sol fondent pendant l’été, tandis que d’autres zones ombragées ou protégées peuvent rester gelées.

Pergélisol sporadique

Lorsque le pergélisol d’une zone est inférieur à 50 %, on parle de pergélisol sporadique. Ce phénomène se produit dans des endroits similaires au pergélisol discontinu, mais peut-être à des altitudes légèrement inférieures, ou dans des zones plus exposées au soleil ou aux courants d’air chaud.

Types de pergélisol

D’autres sous-ensembles de pergélisol décrivent les zones où ils se trouvent, plutôt que leur étendue.

Alpin

La plupart des pergélisols alpins sont discontinus, car ils se trouvent à des altitudes plus élevées et les conditions météorologiques et les caractéristiques géologiques locales peuvent avoir un impact sur ces pergélisols. Les pergélisols alpins peuvent apparaître partout où il fait suffisamment froid, et ne sont donc pas isolés dans les régions quasi polaires. En 2009, par exemple, des chercheurs ont découvert du pergélisol sur le mont Kilimandjaro, en Afrique, qui se trouve à environ 200 miles de l’équateur. Le pergélisol a été découvert près du sommet de la montagne, dans une zone non glaciée.

L’étendue des pergélisols alpins intéresse les scientifiques car ils contiennent de l’eau douce emprisonnée dans le sol. La fonte du pergélisol pourrait libérer de l’eau dans les écosystèmes, y compris de l’eau ancienne, mais beaucoup de choses sont encore inconnues – le pergélisol de la Cordillère des Andes n’a pas encore été cartographié, par exemple.

Sous-mer

Le pergélisol sous-marin est enfoui sous le fond marin dans les régions polaires. Ces pergélisols sont anciens et se sont formés au cours de la dernière période glaciaire, lorsque le niveau de la mer était plus bas. Lorsque le niveau de la mer a augmenté à la suite de la fonte des calottes glaciaires, l’eau de mer a recouvert ces terres gelées. Le pergélisol a été submergé en permanence et il subsiste encore aujourd’hui, ce qui peut compliquer les forages sous-marins ou l’installation de pipelines sous-marins.

Formations du sol

Il existe un certain nombre de formations pédologiques intéressantes créées dans les environnements de pergélisol, liées à la combinaison et aux effets de l’eau qui se dilate et se contracte à mesure qu’elle gèle et fond, et qui interagit avec les sols, les roches et le sable locaux.

Les polygones

Vus d’un point de vue aérien, les polygones donnent l’impression que le paysage est un grand puzzle. Ils se forment au fil des saisons lorsque les températures froides de l’hiver provoquent une contraction du sol. Ces fissures se remplissent ensuite d’eau de fonte printanière (provenant par exemple de la fonte du manteau neigeux d’une montagne voisine). En raison du pergélisol froid situé sous les sols d’origine dans lesquels l’eau s’écoule, l’eau gèle et se dilate, formant des coins de glace. Ce cycle peut se répéter pendant des années et, à chaque fois, les fissures deviennent plus profondes ; à un moment donné, les coins deviennent si épais qu’ils poussent le sol vers des crêtes qui ressemblent à des polygones.

Les pingos

Si vous ne saviez pas de quoi il s’agit, vous penseriez probablement qu’un pingo est une colline joliment arrondie. Mais dans les zones de pergélisol, ils sont un peu trompeurs, car s’ils sont faits de terre à l’extérieur, à l’intérieur ils ont un noyau de glace solide. Elles peuvent ressembler à des monticules d’à peine trois mètres de haut et un peu plus larges à la base, ou être assez grandes, de l’ordre de deux cents mètres de haut. Selon une étude publiée dans la revue The Cryosphere, on estime à 11 000 le nombre de pingos sur Terre, la plupart d’entre eux se trouvant dans la zone bioclimatique de la toundra.

Solifluxion

La solifluxion est un terme générique désignant plusieurs processus dans lesquels une couche supérieure du sol se déplace sur un sol gelé situé en dessous. Le pergélisol agit comme une surface dure et imperméable, de sorte que lorsque le sol ou le sable situé au-dessus est saturé de liquide, il glisse lentement le long d’une pente, entraîné par la gravité. Il existe plusieurs types de solifluxion, et certains indices suggèrent que ce processus a même été observé sur Mars.

Thermokarsts

Le karst fait généralement référence à une roche calcaire ou à un processus contenant cette roche, mais dans le cas présent, il ne s’agit pas de roche calcaire – il s’agit simplement d’un processus similaire à celui que l’on observe dans les calcaires. Les thermokarsts sont formés par des soulèvements dus au gel, qui poussent de petits dômes de la couche active qui se trouve au-dessus du pergélisol. Ces dômes s’effondrent lors du réchauffement, laissant derrière eux une dépression concave. Ces formations peuvent donner naissance à des pingos. Dans certains cas, de très grands thermokarsts peuvent se former et, lorsqu’ils se remplissent d’eau, ils peuvent devenir de petits étangs ou même des lacs.

Le pergélisol est-il en train de fondre ?

À l’heure actuelle, le pergélisol couvre de vastes étendues de terre (dans l’hémisphère nord, il est estimé à 9 millions de kilomètres carrés, soit la taille des États-Unis, du Canada et de la Chine réunis), mais il est en train de rétrécir.

Étant donné que l’Arctique se réchauffe environ deux fois plus vite que les régions plus tempérées et que le pergélisol est sensible aux changements de température, même minimes, le pergélisol fond plus rapidement que prévu, ce qui a surpris les scientifiques. Une étude largement citée dans la revue Nature Climate Change estime que si la Terre se réchauffe à 2 °C au-dessus des niveaux préindustriels (la trajectoire que nous suivons actuellement), le pergélisol diminuera de 40 %.

Le pergélisol et la crise climatique

La fonte du pergélisol a plusieurs effets. Tout d’abord, en fondant, il libère des gaz à effet de serre, en particulier du méthane, dans l’atmosphère. Cela crée une boucle de rétroaction : plus le pergélisol fond, plus il y a de gaz à effet de serre dans l’atmosphère, et plus le climat se réchauffe. Turetsky, Merritt R., et al.  » Le pergélisol s’effondre et accélère la libération de carbone « . Nature, vol. 569, no. 7754, 2019, pp. 32-34, doi:10.1038/d41586-019-01313-4 Deuxièmement, la fonte du pergélisol a des effets locaux, notamment la déstabilisation des bâtiments et des systèmes de transport, ainsi que d’éventuelles inondations destructrices ou des glissements de terrain/des coulées de boue.

Outre les conséquences écologiques et économiques, les communautés qui vivent sur le pergélisol ont commencé à perdre des bâtiments et, dans certains endroits, des villes entières doivent être déplacées. En Alaska, au Groenland, au Canada et en Russie, la fonte du pergélisol a entraîné l’effondrement ou l’affaissement de maisons et de bâtiments. À Vorkuta, en Russie, l’intégrité structurelle de 40 % des bâtiments est compromise, et à Norilsk, une ville de 175 000 habitants, 60 % des bâtiments sont endommagés par le dégel du pergélisol et 10 % des maisons de la ville ont déjà été abandonnées.

Il est également difficile de reconstruire en raison des conditions changeantes de la subsurface. Streletskiy, Dmitry A., et al.  » Évaluation des impacts du changement climatique sur les bâtiments, les structures et les infrastructures dans les régions russes sur le pergélisol « . Environmental Research Letters, vol. 14, no. 2, 2019, pp. 025003, doi:10.1088/1748-9326/aaf5e6. Dans beaucoup de ces endroits, les logements sont déjà rares, et la majorité des personnes touchées sont des autochtones dont les communautés vivent dans ces régions depuis des milliers d’années.

Conséquences écologiques

La fonte du pergélisol modifie les paysages. Avec le dégel du pergélisol, comme c’est le cas dans l’Arctique canadien, en Alaska, en Russie et ailleurs, les riches paysages qui fournissaient autrefois de la nourriture aux grizzlis, aux caribous et à d’autres animaux disparaissent sous des éboulements de terre. Cela est dû au fait que le sol est poussé vers le haut et réarrangé lorsque l’eau sous la surface se contracte à cause de la fonte de la glace qui s’y trouve. Les plantes nourricières pour les animaux, comme les canneberges, les myrtilles, les arbustes, les lichens et d’autres plantes comestibles ne survivent pas à l’assaut de la boue et du limon.

Libération de gaz à effet de serre

La fonte du pergélisol, déclenchée par le changement climatique causé par l’homme, pourrait créer une dangereuse boucle de rétroaction. Selon une étude publiée dans la revue Nature, on estime à 1 400 gigatonnes la quantité de carbone contenue dans le pergélisol du seul Arctique, et ce carbone est libéré plus rapidement que prévu. Cela représente environ quatre fois ce que les êtres humains ont rejeté depuis le début de la révolution industrielle et fait de l’Arctique l’un des plus grands puits de carbone au monde. S’il est libéré, ce carbone doit être pris en compte dans la production mondiale que les scientifiques utilisent pour mieux comprendre les impacts futurs du changement climatique.

Si davantage de gaz à effet de serre sont libérés par le pergélisol lors de sa fonte, le réchauffement des températures s’accélérera, ce qui entraînera la libération d’autres gaz, la fonte du pergélisol et ainsi de suite.

Virus et bactéries

Certains organismes peuvent vivre des milliers d’années conservés dans la glace. Les conditions sont presque idéales : le froid, l’obscurité et le manque d’oxygène permettent à certaines de ces cellules microscopiques de survivre. Les virus, champignons et bactéries qui ont été gelés dans le pergélisol peuvent devenir actifs lorsqu’ils sont entraînés dans les réserves d’eau par l’eau de fonte.

Cela s’est déjà produit en 2016, lorsqu’un renne porteur d’anthrax, enfoui dans le pergélisol depuis 75 ans, a dégelé. L’anthrax s’est retrouvé dans les réserves d’eau et des dizaines de personnes ont été malades, un jeune garçon est mort et des milliers de rennes ont également péri, selon une étude publiée dans la revue Plos One. Le virus de la grippe espagnole de 1918 a également été retrouvé sur des cadavres intacts en Alaska, et même des vers vieux de 40 000 ans sont revenus à la vie après avoir été décongelés. On ne connaît pas toute l’étendue de la contamination qui pourrait résulter des virus et bactéries anciens qui se cachent dans le pergélisol.

Impact économique

Pour les peuples indigènes, comme les Inuits, qui vivent dans des régions où le pergélisol fond, il sera de plus en plus difficile de trouver de la nourriture en raison des milliers d’effondrements et de glissements de terrain thermokarstiques qui se sont déjà produits et qui se produiront dans les années à venir. Ces modifications du relief peuvent altérer les bords de mer par effondrement, modifier l’écoulement des cours d’eau et entraîner l’assèchement des lacs. Tous ces phénomènes peuvent également avoir des conséquences négatives sur la faune et la flore de la région, dont les habitants dépendent.

La fonte du pergélisol entraîne également l’effondrement de bâtiments et de routes, qui doivent être reconstruits ou abandonnés, ainsi que toute activité commerciale, qu’il s’agisse de forage pétrolier ou gazier, d’oléoducs ou de toute autre entreprise ou communauté qui dépend d’un sol stable et d’un approvisionnement en eau fiable. En raison de l’étendue de son impact, il est difficile d’estimer un montant exact à attribuer à la fonte du pergélisol.

Autres conséquences

La fonte du pergélisol est susceptible de mettre au jour des vestiges d’anciennes civilisations, d’animaux et de l’histoire de la Terre enfouis depuis des milliers d’années. Le tombeau d’un prince sibérien vieux de 3 000 ans a déjà été découvert dans une région isolée, ce qui est une aubaine pour les archéologues qui étudient cette époque et ce lieu.