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Les émissions de CO2 de la toundra // The tundra’s carbon dioxide emissions

drapeau-francaisAu cours de ces dernières années, j’ai consacré plusieurs notes à la fonte du permafrost et ses conséquences sur l’environnement. Un nouvel article paru dans la presse alaskienne confirme les craintes des scientifiques.

Avec la hausse des températures dans l’Arctique, les sols plus chauds vont envoyer dans l’atmosphère de plus en plus de gaz carbonique. Selon une étude conduite par des chercheurs de l’Université de Yale, suite au réchauffement climatique, les sols enverront dans l’atmosphère 55 milliards de tonnes de gaz carbonique au milieu du 21ème siècle. Cela équivaut à environ 17% des émissions provoquées par la combustion des combustibles fossiles et d’autres activités humaines à l’échelle de la planète. L’étude, publiée dans la revue Nature, indique que c’est dans les plus hautes latitudes et les plus hautes altitudes que les sols libèrent la plus grande quantité de dioxyde de carbone.

D’une manière générale, les sols plus chauds stimulent davantage l’activité microbienne souterraine qui produit le gaz carbonique, mais le phénomène est encore plus évident dans les régions arctiques où règne le pergélisol et où le réchauffement se produit au moins deux fois plus vite qu’ailleurs dans le monde. Dans les hautes latitudes et à des altitudes élevées, le dégel du pergélisol libère le CO2 qui était jusqu’alors emprisonné dans le sol et le rend accessible aux processus microbiens qui produisent des gaz qui s’échappent à la surface.
Selon une autre étude effectuée par des scientifiques de l’Université de Fairbanks, il semble peu probable que les plantes arctiques aient la capacité d’absorber l’excès de gaz carbonique émis par le permafrost de la toundra. Des mesures récentes effectuées dans la région de North Slope au nord de l’Alaska ont révélé que les émissions de CO2 en provenance du sol de la toundra dépassent la capacité d’absorption de ce gaz par les plantes. Les chercheurs ont utilisé des capteurs montés sur des trépieds pour mesurer le dioxyde de carbone – le gaz à effet de serre dominant – et le méthane libéré dans l’atmosphère et absorbé par différents types de toundra. Le volume de carbone net rejeté dans l’air était tellement plus élevé que prévu que le directeur de la recherche a même demandé aux techniciens de faire un examen supplémentaire des résultats pour s’assurer qu’il n’y avait pas d’erreurs.
La plupart des études précédentes sur les émissions de CO2 de la toundra se sont limitées à l’été, saison où les plantes arctiques absorbent du carbone atmosphérique et font de la toundra un puits de carbone (ou puits CO2). Les scientifiques ont eu la confirmation, sur les sites de mesures, que les courts étés arctiques sont des saisons favorables à l’absorption de CO2. Toutefois, sur une année, les émissions sont largement supérieures à la capacité d’absorption des plantes. En effet, la fin de l’automne et le début de l’hiver, périodes où les plantes ont cessé leur photosynthèse mais où les sols ont toujours des températures positives et sont suffisamment chauds pour permettre l’activité microbienne, jouent un rôle important dans les émissions annuelles de dioxyde de carbone de la toundra.
Une étude de l’USGS publiée au début de cette année a conclu que l’Alaska dans son ensemble, en dépit du dégel du pergélisol et de la chaleur émise par les feux de forêt, conservera son statut de puits de carbone jusqu’à la fin du siècle. Toutefois, cela ne semble pas être le cas pour les régions de toundra situées au nord de la forêt boréale. Sur la toundra arctique, la végétation ne dispose que d’une courte période de photosynthèse, avec des plantes essentiellement à petites feuilles ; il n’existe pas le type de grandes feuilles susceptibles d’absorber une grande quantité de dioxyde de carbone.
Source: Alaska Dispatch News.

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drapeau-anglaisIn recent years, I have devoted several notes to the melting of the permafrost and its consequences on the environment. A new article in the Alaskan press confirms the fears of scientists.

With temperatures rising in the Arctic, there have been worries about how much carbon dioxide might stream into the atmosphere from warmer soils. According to a comprehensive study led by researchers at Yale, warming will drive 55 billion metric tons of carbon gases from soils into the atmosphere by mid-century. That amount is equal to about 17 percent of projected emissions from global fossil-fuel burning and other human activities. The study, published in the journal Nature, cites the highest latitudes and highest altitudes as the biggest contributors of carbon from the ground.

While warmer soils all around the world stimulate more of the below-ground microbial activity that produces carbon gases, the changes are most striking in permafrost regions, namely the Arctic, where warming is happening at least twice as fast as the global rate, and the tops of the highest mountains. In those high latitudes and high altitudes, permafrost thaw is freeing once-locked carbon and making it available to the microbial processes that produces gases that are emitted above the ground.

Prospects for Arctic plants to absorb the extra carbon gases appear dim, according to another newly published study led by scientists at the University of Alaska Fairbanks. On at least part of Alaska’s North Slope region, new carbon streaming out of the soil is already outpacing any carbon uptake by plants on top of the ground. The study used tripod-mounted sensors to measure carbon dioxide, the dominant greenhouse gas, and methane being released and absorbed by different types of tundras. The volume of net carbon released into the air was so much higher than anticipated that the leader of the research asked technicians to do an extra review of the results.

Most previous studies of tundra carbon flux have been limited to summers, a season when the tiny Arctic plants on the ground’s surface take in atmospheric carbon and make the tundra a carbon sink. The study found the confirmation that the brief and bright Arctic summers were seasons for carbon absorption at the site. But the net, year-round emissions significantly outweighed summer plants’ absorption. Late fall and early winter, a time when plants have ceased their photosynthesis but soils are still above thaw temperatures and warm enough to allow microbial activity, has turned out to be a significant player in annual carbon emissions from the tundra.

A U.S. Geological Survey study released earlier this year concluded that Alaska as a whole, despite its thawing permafrost and increasing wildfire burns, will keep its status as an overall carbon sink through the end of the century. But that does not appear to be the case for tundra regions north of the boreal forest. On the Arctic tundra, vegetation has just a short season to photosynthesize, and it is small, lacking the type of big leaves that draw in a lot of carbon dioxide.

Source : Alaska Dispatch News.

La toundra fond…

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Elle est superbe à l’automne…

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J’adore randonner au sein d’une multitude de couleurs…

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On est rarement seul dans la toundra…

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Photos: C. Grandpey

Les tourbières et le réchauffement climatique // Peat bogs and global warming

drapeau-francaisLes forêts sont réputées pour leur capacité à réguler le dioxyde de carbone dans l’atmosphère, mais les tourbières jouent un rôle important, elles aussi. Elles couvrent environ 3 pour cent de la surface terrestre de la planète, surtout dans les latitudes nordiques, au Canada, en Alaska, en Europe et en Russie.
La tourbe est essentiellement composée de sphaigne et d’autres mousses qui retiennent une grande quantité d’eau et contiennent des éléments qui inhibent la décomposition. La tourbe se forme lentement au fil des siècles parce que la croissance annuelle dépasse la décroissance. Une quantité relativement faible de tourbe est extraite pour un usage domestique, mais la majeure partie reste là où elle est, et comme elle accumule le carbone sur une très longue période, elle contient plus de carbone que tous les arbres et les autres plantes de la planète, et presque autant que l’atmosphère est capable d’en absorber.
Comme les forêts, les tourbières sont menacées par le changement climatique. La hausse des températures peut assécher les tourbières, les rendant plus vulnérables aux incendies, et à une combustion en profondeur. Un feu de tourbe peut se consumer pendant des mois et libérer beaucoup de carbone.
Le monde a déjà subi d’importantes émissions de carbone à cause de la tourbe. Ainsi, en Indonésie l’année dernière, les tourbières ont été asséchées pour satisfaire l’agriculture. Elles sont devenues encore plus sèches à cause du phénomène El Niño et ont brûlé pendant des mois en générant une brume visible depuis l’espace et en provoquant des problèmes de santé à grande échelle. A leur maximum, en septembre et octobre, les feux dégageaient plus de carbone en une seule journée que l’ensemble de l’Union Européenne.
Un souci majeur aujourd’hui est que suite au changement climatique et à d’autres perturbations qui affectent les tourbières, l’ampleur des incendies augmentera, libérant de plus en plus de carbone dans l’atmosphère. Le gigantesque incendie qui a détruit au printemps une grande partie de Fort McMurray au Canada a brûlé des tourbières ainsi que des arbres. En juin, les arbres ne brûlaient plus en dehors de la ville, mais les hommes retournaient la tourbe avec des pelleteuses sur les points chauds où le feu continuait de couver. Dans le grand feu de forêt de mai 2011 qui a ravagé tout un secteur de la ville de Slave Lake dans l’Alberta, la tourbe a continué à brûler pendant l’hiver, et ce sont les pluies de printemps et la fonte de la neige qui sont venues à bout de l’incendie.
La tourbe résiste en général assez bien à la combustion, car la sphaigne, qui est majoritaire dans une tourbière, contient beaucoup d’eau. Malgré tout, le réchauffement, climatique perturbe ce système végétal et génère un cycle vicieux. Quand la tourbe est plus sèche, davantage d’oxygène est fourni aux racines des arbres et d’autres végétaux. Cela favorise leur croissance, ce qui signifie qu’ils utilisent plus d’eau et assèchent encore plus la tourbe. En grandissant, les arbres apportent également plus d’ombre, ce qui favorise la croissance d’autres mousses qui, parce qu’elles retiennent moins l’humidité que la sphaigne, résistent moins bien au feu. Lorsque la tourbière s’enflamme, l’incendie peut prendre de grandes proportions car la combustion se propage plus profondément dans la tourbière.
D’autres activités, comme l’assèchement artificiel des tourbières au profit des arbres ou pour l’exploitation du pétrole et du gaz, peuvent également favoriser les incendies. Normalement, une tourbière se remet lentement d’un incendie, avec l’apparition par étapes de certaines mousses et autres végétaux jusqu’à ce que les sphaignes deviennent majoritaires. Mais un violent incendie peut retarder ou même stopper la convalescence de la tourbière.
Source: Alaska Dispatch News.

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drapeau-anglaisForests are known for their ability to regulate carbon dioxide in the atmosphere, but peatlands play an important role, too. Peatlands cover about 3 percent of the Earth’s land surface, mostly in northern latitudes in Canada, Alaska, Europe and Russia.

Peat is made up of sphagnum and other mosses, which hold a large amount of water and contain compounds that inhibit decomposition. The peat slowly builds up over centuries because the annual growth exceeds the decay. A relatively small amount of peat is mined for domestic use, but most of it stays where it is, and because it accumulates carbon over such a long time, it contains more carbon than is in all the world’s trees and plants, and nearly as much as the atmosphere does.

Like forests, peatlands are threatened by climate change. Warming temperatures can dry out bogs, making them more susceptible to fires, and to deeper, more intense burning. A peat fire, which can smolder like a cigarette for months, can release a lot of carbon.

The world has already had vast releases of carbon from peat, in Indonesia. Last year, bogs that had been drained for agriculture, and were drier because of El Niño-related warmth, burned for months, creating a haze visible from space and causing widespread health problems. At their peak in September and October, the fires released more carbon per day than was emitted by the European Union.

A major worry today is that as climate change and other disturbances affect peatlands, the intensity of fires will increase, releasing more carbon into the atmosphere. The enormous spring wildfire that destroyed much of Fort McMurray in Canada burned bogs as well as trees. In June, the trees were no longer on fire outside the town, but crews were overturning peat with backhoes in an effort to extinguish smoldering hot spots. In a large wildfire in May 2011 that burned in and around the town of Slave Lake in Alberta (Canada), some peat continued to burn through the winter, until spring rains and melting snow finally extinguished it.

Peat is generally resistant to burning, because sphagnum moss, which is dominant in a healthy bog, holds a lot of water. Warming, however, alters the system. Drier peat allows more oxygen to get to the roots of trees and other vegetation. This causes them to grow bigger, which means they use more water, further drying the peat. As trees grow, they also provide more shade, which favors the growth of other mosses that, because they hold less moisture than sphagnum, are less fire resistant. When the bog does catch fire, it may be more severe, with the combustion spreading deeper into the peat.

Other disturbances, like draining bogs to grow trees or to produce oil and gas, can also make a fire more severe. Normally a bog recovers slowly after a wildfire, with certain mosses and other vegetation taking over in stages until sphagnum mosses dominate. But an intense fire can delay or even halt recovery.

Source: Alaska Dispatch News.

Tourbiere

En Irlande et en Ecosse, on utilise encore la tourbe pour se chauffer, et l’eau des tourbières donne une saveur particulière au whisky… (Photo: C. Grandpey)

Acidification de l’Océan Arctique sibérien // Acidification of the Siberian Arctic Ocean

drapeau francaisJ’ai souvent insisté dans ce blog sur le rôle joué par la fonte du pergélisol dans le réchauffement climatique en raison des énormes quantités de méthane envoyées dans l’atmosphère.
Selon une nouvelle étude effectuée par une équipe scientifique de l’Université de l’Alaska à Fairbanks, l’Académie des Sciences de Russie et d’autres organismes en Russie et en Suède, la fonte du permafrost en Sibérie, conjuguée à l’effritement des côtes russes et l’effet érosif de grandes rivières – comme la Léna – qui se jettent dans l’Arctique, déverse de vastes quantités de carbone organique dans les eaux océaniques, accélérant leur acidification et mettant en danger dans un avenir proche l’ensemble de l’Océan Arctique.
Les scientifiques ont étudié pendant des années le plateau arctique de Sibérie orientale, une zone maritime qui représente environ le quart des eaux de l’Océan Arctique. Les observations faites depuis 1999 montrent que, dans certains secteurs, l’acidité a atteint des niveaux que les chercheurs ne pensaient pas observer avant l’année 2100, en partie à cause d’une très forte sous-saturation en aragonite.
L’aragonite est une forme de carbonate de calcium qui est omniprésente dans les eaux océaniques et qui contribue à maintenir leur pH à son niveau de base. Le carbone présent dans l’eau acidifie cette dernière et fait donc baisser le pH. La mesure de la saturation en aragonite donne une indication sur la teneur générale en calcium et, par voie de conséquence, sur l’augmentation de carbone dans l’eau. Lorsqu’il y a plus d’aragonite que l’eau peut en absorber, ont dit qu’elle est sursaturée ; l’excès de calcium est alors utilisé par les organismes marins pourvus de coquilles. Inversement, quand il y a moins d’aragonite que l’eau pourrait normalement absorber, elle est considérée comme sous-saturée. Comme le plateau arctique de Sibérie orientale joue un rôle important pour l’ensemble des eaux de l’Océan Arctique, les modifications chimiques pourraient avoir des effets profonds sur les écosystèmes marins de toute la région.
Les eaux de la Mer de Beaufort, la Mer des Tchouktches et la Mer de Béring sont déjà connues pour être vulnérables à l’acidification en raison de leurs températures froides qui gardent le carbone et d’autres composants. Les dernières recherches effectuées sur le plateau arctique de Sibérie orientale confirment l’accélération de l’acidification de l’Océan Arctique.
À l’échelle mondiale, on considère généralement que l’acidification des océans est un sous-produit des émissions de carbone dans l’atmosphère. Comme environ un quart du carbone est absorbé par les océans, les émissions anthropiques de dioxyde de carbone sont considérées comme la principale source d’acidification des océans dans le monde entier. Cependant, sur le plateau arctique de Sibérie orientale, le carbone déversé dans la mer par l’érosion du pergélisol et par les rivières qui y débouchent dépasse largement le carbone en provenance de l’atmosphère et peut à lui seul provoquer l’acidification.
Source: Alaska Dispatch Nouvelles: http://www.adn.com/

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drapeau-anglaisI have often insisted on the contribution of the thawing of the Arctic permafrost to the current global warming because of the huge quantities of methane it sends into the atmosphere.

According to a new study by a team of scientists from the University of Alaska Fairbanks, the Russian Academy of Sciences and other institutions in Russia and Sweden, as Siberian permafrost thaws, crumbling Russian coastlines and big rivers flowing north along eroding banks are dumping vast loads of organic carbon into marine waters, accelerating their acidification and signalling future danger for the entire Arctic Ocean.

The scientists have been studying for years the East Siberian Arctic Shelf, a marine area that accounts for about a quarter of the Arctic Ocean’s open waters. Observations made since 1999 showed signs that in some locations acidity has reached levels researchers didn’t expect to emerge until the year 2100, due in part to « extreme aragonite undersaturation. »

Aragonite is a form of calcium carbonate that is pervasive in the ocean and tilts the chemistry toward the base level of the pH scale. Carbon in the water tilts the pH scale toward the acid level. The degree to which the water is saturated with aragonite is a marker of overall calcium levels, and a marker of acidification caused by increasing loads of carbon in the water. When there is more aragonite than can be absorbed by the water, it is considered to be supersaturated, leaving excess amounts to be used by shell-bearing marine organisms. But when there is less aragonite than the water could normally absorb, it is considered undersaturated. Since the East Siberian Arctic Shelf is so important to the Arctic Ocean’s open water, the chemistry changes could have wide-ranging effects on marine ecosystems in the entire Arctic Ocean.

Marine waters in the far north – in areas like the Beaufort, Chukchi and Bering seas – are already known to be vulnerable to acidification because of their cold temperatures that hold carbon and other attributes. The research from the East Siberian Arctic Shelf now adds to evidence pointing to a faster-acidifying Arctic Ocean.

Globally, ocean acidification is generally considered a byproduct of carbon emissions into the atmosphere. Since about a quarter of that atmospheric carbon winds up absorbed by the ocean, human-caused carbon dioxide emissions are considered the major source of ocean acidification worldwide. However, on the East Siberian Arctic Shelf, the carbon washed into the sea by eroding permafrost and river outwash far outpaces the carbon coming from the atmosphere and is enough to cause acidification on its own.

Source: Alaska Dispatch News: http://www.adn.com/

Sibérie-arctique

Source: Climats et Voyages

La fonte du pergélisol s’accélère // The thawing of permafrost is accelerating

drapeau francaisDans une étude internationale à grande échelle publiée la semaine dernière dans Nature Geoscience, une équipe de chercheurs des régions allant de l’Alaska à la Russie indique que le permafrost (également appelé pergélisol) dégèle plus rapidement que prévu, même dans certaines régions réputées comme étant très froides. Dans ces régions, le gel ouvre des fractures dans le sol pendant l’hiver. Elles se remplissent ensuite d’eau en été quand la neige fond. Lorsque le regel se produit en hiver, cela provoque la formation de grands « coins » de glace dans le sol glacé (voir photo ci-dessous). Ces coins de glace peuvent atteindre dix ou quinze mètres de profondeur, et peuvent dans certains cas être âgés de plusieurs milliers d’années.
L’étude s’appuie sur l’observation de sites arctiques en Russie, en Alaska et au Canada, avec deux campagnes d’observations sur le terrain et des données satellitaires. Les chercheurs ont constaté que dans l’Arctique, la partie supérieure des coins  de glace est en train de fondre en même temps que la couche supérieure du pergélisol.
Les chercheurs se sont attardés sur les conséquences de cette dégradation de la glace sur l’hydrologie de la région. En effet, la fonte des coins de glace redistribue l’eau sur une grande échelle. Il y a de fortes chances pour que cette eau quitte la terre ferme pour rejoindre les rivières et ensuite l’Océan Arctique, ou qu’elle stagne dans les lacs.
La dégradation du pergélisol n’aura pas seulement une incidence sur l’eau ; elle affectera aussi l’atmosphère de la planète. En effet, la fonte des coins de glace montre que la partie supérieure du pergélisol dégèle, ce qui ne manquera pas de produire un effet de serre supplémentaire. En même temps que le sol dégèle, même si ce n’est qu’une partie de l’année, les micro-organismes qui y vivent commencent à se décomposer et à libérer leur carbone sous forme de dioxyde de carbone ou de méthane. On a estimé que le pergélisol arctique contient environ deux fois plus de carbone que toute l’atmosphère planétaire car les régions arctiques l’ont lentement stocké pendant de longues périodes de temps.
En outre, la fonte des coins de glace provoque des affaissements du sol et fait naître un paysage cahoteux qui perturbe le transport et les infrastructures de l’Arctique (voir photo ci-dessous).

Certains scientifiques affirment qu’il existe des facteurs susceptibles de compenser les émissions de carbone du pergélisol. Ils pensent que davantage de plantes pousseront dans un Arctique plus chaud en emmagasinant du carbone, ce qui compensera les pertes de pergélisol. Cependant, une étude qui vient d’être publiée dans Environmental Research Letters par près de 100 spécialistes de l’Arctique n’attribue guère d’importance à un tel facteur de compensation. Comme l’a expliqué un chercheur, «il ne faut pas compter sur la biomasse boréale pour compenser les émissions de carbone du permafrost. Ce dernier deviendra une source de carbone dans l’atmosphère d’ici 2100 quel que soit le scénario de réchauffement. »
Ces études sur le pergélisol sont essentielles en raison de la mathématique sous-jacente du problème du changement climatique. Il est difficile de définir une limite des émissions de gaz à effet de serre qui permettrait de ne pas atteindre 1,5°C ou 2°C de réchauffement au-dessus des niveaux pré-industriels. Il y a quelques années, des chercheurs ont essayé de quantifier cette limite. Selon eux, il ne fallait pas émettre plus de 1 000 milliards de tonnes, ou gigatonnes, de dioxyde de carbone à partir de 2011 et dans les années suivantes si nous voulions avoir une chance de rester en dessous de 2°C.
La quantité de carbone que le pergélisol est capable d’émettre et la vitesse à laquelle il peut l’émettre restent du domaine de l’incertitude. Toutefois, étant donné les connaissances scientifiques actuelles, le niveau pourrait facilement dépasser 100 gigatonnes de dioxyde de carbone d’ici la fin du siècle.
Source: Alaska Dispatch News.

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drapeau anglaisIn a major international study published last week in Nature Geoscience, a team of researchers from regions ranging from Alaska to Russia report that permafrost is thawing faster than expected, even in some of the very coldest areas. In these regions, winter freezing cracks open the ground, which then fills with water in the summer from melting snow. When refreezing occurs in the winter, that causes large wedges of ice to form amid the icy ground. These ice wedges can extend ten or fifteen metres deep, and can in some cases be thousands of years old.

The study, sampling high Arctic sites in Russia, Alaska and Canada based on both field studies and satellite observations, found that across the Arctic, the tops of these wedges are melting, as the top layer of permafrost soil also begins to thaw.

The new study focuses specifically on the consequences of this ice wedge degradation for the region’s hydrology. The melting of ice wedges redistributes water on a massive scale. It can flow out of the landscape and into rivers and the Arctic Ocean. Or it pools in lakes.

The degrading of permafrost won’t just affect water, but also the planet’s atmosphere. Indeed, the degradation of ice wedges shows that upper part of permafrost is thawing, and thawing of the upper part of permafrost definitely is producing additional greenhouse gases. As these frozen soils thaw, even for part of the year, microorganisms living within them can begin to break down and release their carbon in the form of carbon dioxide or methane. It has been estimated that Arctic permafrost contains roughly twice as much total carbon as the entire planetary atmosphere does, because these landscapes have slowly stored it up over vast time periods.

Besides, the melting of ice wedges leads to sinking ground and a bumpy, denatured landscape that impairs Arctic transportation and infrastructure (see photo below).

There have been some arguments to suggest that there may be other factors that offset permafrost carbon emissions. Some have shown that more plants will grow in the warmer Arctic, sequestering more carbon, and that this will help offset permafrost losses. However, a study, just published in Environmental Research Letters, nearly 100 Arctic scientists found little reason to believe there will be any factor that offsets permafrost emissions enough to reduce the level of worry. As one expert puts it, « Arctic and boreal biomass should not be counted on to offset permafrost carbon release. The permafrost region will become a carbon source to the atmosphere by 2100 regardless of warming scenario. »

These studies of permafrost are critical because of the underlying math of the climate change problem. There is a hard limit to how many greenhouse gases can be emitted if we want to avoid a given level of warming – 1.5°C or 2°C above pre-industrial levels.

Some years ago, researchers have even quantified the latter limit, suggesting “we can’t emit more than 1,000 billion tons, or gigatons, of carbon dioxide from 2011 and on if we want a two thirds or better chance of staying below 2°C”.

Granted, precisely how much carbon permafrost can emit and how fast that can happen remain big uncertainties. But given current scientific understanding, it could easily be well over 100 gigatons of carbon dioxide by the end of the century.

Source : Alaska Dispatch News.

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« Coin » de glace dans le pergélisol

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Exemple des conséquences de la fonte du permafrost pour le réseau routier

(Photos: C. Grandpey)