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La fonte du permafrost (1ère partie) // Permafrost thawing (Part one)

Le permafrost a longtemps été négligé en tant que cause potentielle du changement climatique. Aujourd’hui, avec le réchauffement rapide de l’Arctique, les scientifiques prennent conscience de son impact sur notre environnement.
Voici trois articles qui montreront 1) ce qu’est le permafrost 2) ce qui se passe lorsqu’il est en train de fondre et 3) ses impacts sur les structures, les écosystèmes et la santé humaine.

Le mot « permafrost » (aussi appelé «pergélisol») fait référence au sol qui reste gelé pendant deux années consécutives ou plus. Il est composé de roches, de terre, de sédiments et de quantités variables de glace qui lient les éléments. Une partie du permafrost est restée gelée depuis des dizaines, voire des centaines de milliers d’années.
Le permafrost peut avoir une épaisseur de deux à 1500 mètres. Il stocke les restes de plantes et d’animaux contenant du carbone qui ont gelé avant de se décomposer. Les scientifiques estiment que le permafrost dans le monde contient 1500 milliards de tonnes de carbone, soit près du double de la quantité de carbone actuellement dans l’atmosphère. Malheureusement, lorsque le permafrost se réchauffe et dégèle, il libère du dioxyde de carbone et du méthane dans l’atmosphère. En conséquence, il pourrait largement contribuer au réchauffement de la planète. Le permafrost est déjà en train de fondre dans certaines régions du globe et si le phénomène s’amplifie, les scientifiques craignent qu’il provoque un processus accéléré de réchauffement de la planète.
Le permafrost recouvre environ 24% de la surface continentale de l’hémisphère Nord, ce qui représente plus de 23 millions de kilomètres carrés. On le trouve sous les hautes latitudes et les hautes altitudes, principalement en Sibérie, sur le plateau tibétain, en Alaska, dans le nord du Canada, au Groenland, dans certaines parties de la Scandinavie et en Russie. Les plateaux continentaux situés sous les eaux de l’Océan Arctique, qui étaient exposés au cours de la dernière période glaciaire, contiennent également du permafrost.
Le problème, c’est que l’Arctique se réchauffe deux fois plus vite que le reste de la planète, avec une élévation de la température qui n’a jamais été observée depuis au moins 2 000 ans. En Alaska, la température du pergélisol s’est accrue jusqu’à 2°C au cours des dernières décennies. Une étude récente indique qu’à chaque augmentation de 1°C de la température, 3,8 millions de kilomètres carrés de permafrost disparaissent lors du dégel.

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Permafrost has long been neglected as a potential source of climate change. Today, with the rapid warming of the Arctic, scientists are becoming aware of its impact on our environment.

Here are three posts that will show 1) what permafrost is 2) what happens when it is thawing and 3) its impacts on structures, ecosystems and human health.

The word “permafrost” refers to ground that remains frozen for two or more consecutive years. It is composed of rock, soil, sediments, and varying amounts of ice that bind the elements together. Some permafrost has been frozen for tens or hundreds of thousands of years.

Found under a layer of soil, permafrost can be from two to 1,500 metres thick. It stores the carbon-based remains of plants and animals that froze before they could decompose. Scientists estimate that the world’s permafrost holds 1,500 billion tons of carbon, almost double the amount of carbon that is currently in the atmosphere. Unfortunately, when permafrost warms and thaws, it releases carbon dioxide and methane into the atmosphere. As a consequence, it could become a significant source of planet-heating emissions. Permafrost is already thawing in some places, and if the problem spreads, scientists worry it could initiate a runaway process of global warming.

Permafrost covers about 24 percent of the exposed landmass of the Northern Hemisphere, which means more than 23 million square kilometres. It is found at high latitudes and high altitudes, mainly in Siberia, the Tibetan Plateau, Alaska, Northern Canada, Greenland, parts of Scandinavia and Russia. The continental shelves below the Arctic Ocean, which were exposed during the last ice age, also contain permafrost.

The problem is that the Arctic is warming twice as fast as the rest of the planet, at a rate of temperature change that has not been observed in at least the last 2,000 years. In Alaska, permafrost temperatures have warmed as much as 2˚C in the last few decades. A recent study indicates that with every 1˚C increase in temperature, 3.8 million square kilometres of permafrost could be lost through thawing.

Le sol de la toundra en Alaska et au Canada reste gelé en permanence (Photos: C. Grandpey)

Nouveaux dangers liés à la fonte du permafrost // New dangers linked to permafrost melting

Le Siberian Times nous apprend que deux nématodes – ou vers ronds – ont été ramenés à la vie après être restés dans le permafrost sibérien pendant près de 42 000 ans. Les scientifiques de l’Institut des Problèmes Physico-Chimiques et Biologiques de la Science des Sols à Moscou ont pu réanimer les deux vers préhistoriques. Ils bougent et mangent après leur retour à la vie dans le laboratoire.
Les résultats, publiés dans la revue scientifique russe Doklady Biological Sciences, représentent la première preuve d’un retour à la vie d’organismes multicellulaires ayant passé une très longue période dans le pergélisol arctique.
Les nématodes sont de minuscules vers qui mesurent entre 0,1 mm et 2,5 mm de longueur et certains ont été trouvés à 1,3 km sous la surface de la Terre, ce qui est plus profond que pour tout autre animal multicellulaire. En 2016, des scientifiques allemands ont découvert une nouvelle espèce, Pristionchus borbonicus, sur l’Ile de la Réunion. Cette espèce est capable de choisir parmi cinq différents types de bouches en fonction de sa source de nourriture.
Des chercheurs de l’Université de Moscou et de l’Université de Princeton ont analysé 300 échantillons de gisements de permafrost dans l’Arctique et en ont découvert deux qui contenaient plusieurs nématodes bien conservés.
Un échantillon de permafrost a été prélevé dans un terrier d’écureuil fossile près de la rivière Alazeya dans la partie nord-est de Yakoutie en Russie, à partir de dépôts estimés à environ 32 000 ans.
L’autre échantillon de pergélisol provenait de la rivière Kolyma, au nord-est de la Sibérie, et l’âge des gisements voisins était d’environ 42 000 ans. Les vers sont des représentants de deux espèces connues: Panagrolaimus detritophagus et Plectus parvus.
https://youtu.be/Bk6g8kR4MJY

Après avoir décongelé les vers, les chercheurs les ont vus se déplacer et manger, ce qui représente la première preuve de «cryoconservation naturelle» des animaux multicellulaires. Cependant, ce n’est pas le premier exemple d’organismes qui se sont réveillés après avoir séjourné dans un environnement glacé pendant des millénaires. Déjà en 2014, des scientifiques ont découvert un virus géant, le Pithovirus sibericum, capable d’infecter les amibes du genre Amoeba. Ce virus était vieux de 30 000 ans et les chercheurs ont réussi à le ranimer, tout en provoquant une infection dans une amibe. Ils ont mis en garde à l’époque sur la capacité du pathogène à redevenir contagieux après tant de millénaires. Selon eux, c’était un avertissement montrant que le réchauffement climatique et la fonte du permafrost pouvaient faire peser de nouvelles menaces sur la vie humaine ou animale.
Source: The Siberian Times.

Dans plusieurs articles, j’ai déjà attiré l’attention sur d’autres risques liés au réchauffement de la planète et sur la fonte du pergélisol dans les régions arctiques. Des températures élevées ont causé la propagation d’une épidémie d’anthrax en 2016, avec la mort de milliers de rennes et de plusieurs personnes. La fonte du pergélisol a également provoqué de puissantes explosions de méthane.

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The Siberian Times informs us that a pair of roundworms (nematodes) has been brought back to life after they were frozen in Siberian permafrost for nearly 42,000 years. Scientists at the Institute of Physico-Chemical and Biological Problems of Soil Science in Moscow were able to resuscitate the two prehistoric worms. They are moving and eating after they came back to life in the lab.

The findings, published in the Russian science journal Doklady Biological Sciences, represent the first evidence of multicellular organisms returning to life after spending a long period in Arctic permafrost.

Nematodes are tiny worms that measure from 0.1mm to 2.5mm in length and some have been found living 1.3 km below the Earth’s surface, deeper than any other multicellular animal. In 2016, German scientists found a new species, Pristionchus borbonicus , on Reunion Island. It can develop any of five different types of mouths depending on its food source.

Researchers from Moscow State University and Princeton University analysed 300 samples of Arctic permafrost deposits and found two that held several well-preserved nematodes.

One sample was collected from a fossil squirrel burrow near the Alazeya River in the northeastern part of Yakutia in Russia, from deposits estimated to be about 32,000 years old.

The other permafrost sample came from the Kolyma River in northeastern Siberia, and the age of nearby deposits was around 42,000 years old. The worms represented two known species: Panagrolaimus detritophagus  and Plectus parvus .

https://youtu.be/Bk6g8kR4MJY

After defrosting the worms, researchers saw them moving and eating, the first evidence of ‘natural cryopreservation’ of multicellular animals. However, this is not the first case od organism to awaken after being in an icy cold environment for millenia. Earlier in 2014, scientists discovered a 30,000 year old giant amoeba infecting virus – Pithovirus sibericum  – and managed to revive it, causing an infection in an amoeba. Its discoverers had warned at the time that the pathogen’s ability to become infectious again after so many millenniums is a warning in the age of global warming that new threats to human or animal life could emerge if permafrost melted.

Source: The Siberian Times.

In several articles, I already drew attention to other risks of global warming and permafrost melting in the arctic regions. High temperatures caused the spreading of an anthrax epidemic in 2016 with the deaths of thousands of reindeer and several persons. The melting of permafrost also caused powerful methane explosions.

Nématodes prélevés dans le pergélisol à proximité de la rivière Kolyma (Source : Université de Moscou)

Cratère provoqué par une explosion de méthane en Sibérie (Crédit photo: Wikipedia)

Le dégel du permafrost cause des dégâts en Alaska // Permafrost thawing causes damage to Alaska

Comme je l’ai écrit à plusieurs reprises, la hausse des températures et la fonte du permafrost qu’elle entraîne causent de graves dégâts  aux routes et aux infrastructures dans l’Arctique.

En Alaska, les ingénieurs des Ponts et Chaussées sont confrontés à une longue liste de projets de plus en plus urgents et de plus en plus coûteux tels que des pistes d’aéroports dégradées, des routes déformées et même une masse de matériaux de près de deux kilomètres de longueur qui glisse le long d’une pente et menace une route.
Une étude publiée par les Proceedings de l’Académie Nationale des Sciences en 2016 a estimé que les impacts climatiques sur les infrastructures publiques en Alaska s’élèveront à environ 5 milliards de dollars d’ici la fin du siècle.
Parmi les projets les plus urgents, il y a une piste d’aéroport en très mauvais état à Point Hope, dans le nord-ouest de l’Alaska. Au cours des cinq dernières années, l’Océan Arctique a rogné une quinzaine de mètres de la zone de sécurité – nécessaire en cas d’urgence – à l’extrémité de la piste. Les travaux de réparation devraient coûter 17 millions de dollars et se terminer d’ici 2020.
Un autre exemple d’érosion concerne la rivière Noatak qui menace la piste de la bourgade du même nom. L’érosion, due à la fonte du pergélisol, commence à ronger la route qui conduit à l’aéroport. Il est prévu de déplacer cet aéroport à environ 2,5 kilomètres d’ici 2020, pour un coût estimé à environ 25 millions de dollars.
Les températures plus chaudes ont accéléré le glissement d’une énorme masse de glace, d’eau, de rochers et d’arbres vers la Dalton Highway, une route de 666 kilomètres qui traverse le nord de l’Alaska. Elle a été construite pour servir de route d’approvisionnement pour l’oléoduc trans-Alaska en 1974 et est parallèle à ce dernier. La masse de matériaux de près de deux kilomètres de long glisse vers la route comme le ferait un glacier à raison d’environ 4,50 mètres par an. En 2017, cette masse se trouvait à moins de 30 mètres de la route. L’État a alors commencé à dévier une partie de la route et à la construire près de deux kilomètres de plus loin. Pendant la construction, les ouvriers ont installé une couche de matériau isolant, puis établi la route sur l’isolant afin de prévenir les impacts sur le permafrost et le garder à une température suffisamment basse pour qu’il ne fonde pas..
Source: Anchorage Daily News.

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As I put it many times before, the increase in temperatures and the ensuing melting of permafrost are causing heavy damage to roads and infrastructures in the Arctic, and more particularly in Alaska.

Alaska transportation engineers are facing a long list of increasingly urgent and costly public projects such as imperilled runways, warped roads and even a nearly two-kilometre-long mass of frozen debris sliding toward a highway.

A study published by the Proceedings of the National Academy of Sciences in 2016 estimated that climate impacts to public infrastructure in Alaska will total about $5 billion by century’s end.

Among the projects is an eroding runway in Point Hope in Northwest Alaska. The Arctic Ocean over the last five years has chewed off about 15 metres of safety area at one end, needed by planes for emergencies. The repair work is expected to cost $17 million and be done by 2020.

Another example of erosion is the Noatak River which is threatening the runway in Noatak. Erosion there, due to the thawing permafrost, is starting to eat away the road to the airport. The plan is to move that airport about 2.5 kilometres away, by 2020, at an estimated cost of about $25 million.

Warmer temperatures have accelerated the sliding of a giant mass of ice, water, rocks and trees toward the Dalton Highway. The nearly two-kilometre-long frozen debris lobe has been sliding toward the highway like a glacier at about 4.5 metres annually. In 2017, it was within 30 metres of the road. The State last year began moving a nearly 2-kilometre-long section of highway farther away from the debris lobe. During construction, workers put insulation down, then built the road on top of the insulation in order to prevent impacts to the permafrost, to help keep it colder.

Source: Anchorage Daily News.

Recherches sur l’impact du dégel du permafrost sur le réseau routier en Alaska (Photos: C. Grandpey)

Le mercure du permafrost, une autre menace pour notre environnement // The mercury in permafrost, another threat to our environment

On savait déjà que la fonte du permafrost dans l’Arctique libère d’importantes quantités de gaz à effet de serre. Aujourd’hui, les scientifiques révèlent qu’il recèle aussi des quantités considérables de mercure, une neurotoxine agressive qui représente une menace sérieuse pour la santé humaine.
Selon une étude menée par des scientifiques du National Snow and Ice Data Center à Boulder (Colorado) et publiée dans la revue Geophysical Research Letters, il y aurait l’équivalent de cinquante piscines olympiques de mercure piégées dans le permafrost. C’est deux fois plus que ce que contient l’ensemble des sols, l’atmosphère et les océans ailleurs dans le monde. Selon l’étude, lorsque le pergélisol (autre nom du permafrost) dégèlera dans les prochaines années, une partie de ce mercure sera libérée dans l’environnement, avec un impact non encore estimé – mais considérable – sur les gens et sur nos ressources alimentaires. Les scientifiques ont effectué leurs recherches en prélevant des carottes de pergélisol à travers l’Alaska. Ils ont mesuré les niveaux de mercure et ensuite extrapolé pour calculer la quantité de mercure dans le permafrost ailleurs dans le monde, en particulier au Canada, en Russie et dans d’autres pays nordiques.
Le mercure, un élément naturel, se lie à la matière vivante à travers la planète, mais l’Arctique est particulier. Normalement, lorsque les plantes meurent et se décomposent, le mercure est libéré dans l’atmosphère. La différence dans l’Arctique, c’est que les plantes ne se décomposent pas complètement. Au lieu de cela, leurs racines sont gelées et ensuite enterrées sous plusieurs couches de sol. Cela retient le mercure qui se trouvera libéré si le permafrost vient à fondre.
La quantité de mercure libérée dépend du dégel du permafrost qui, à son tour, dépend du volume des émissions de gaz à effet de serre et du réchauffement de la planète. Le dégel du permafrost a commencé dans certaines régions et les scientifiques prévoient qu’il se poursuivra au cours du 21ème siècle. L’étude indique que si les niveaux d’émissions de gaz à effet de serre actuels se poursuivent jusqu’en 2100, le permafrost se sera réduit de 30 à 99%.
La question est de savoir où ira le mercure dans un tel contexte, et quels seront ses effets sur la Nature et sur l’Homme. Il pourrait contaminer les rivières qui se jettent dans l’océan Arctique. Il pourrait aussi se propager dans l’atmosphère, ou dans ces deux univers. Le problème est que le mercure, bien que naturel, représente un danger pour les humains et la faune, en particulier sous certaines formes. Nous rejetons déjà du mercure en faisant brûler du charbon. Il se répand alors dans l’atmosphère où il parcourt de longues distances. Quand il pleut sur l’océan ou sur les lacs, le mercure pénètre dans la chaîne alimentaire. Il s’accumule d’abord à l’intérieur des micro-organismes, puis en concentrations de plus en plus élevées dans l’organisme des prédateurs, tels les poissons, qui se nourrissent de ces petits organismes. Lorsque les humains consomment du poisson contenant du mercure en quantités trop importantes, cela peut être dangereux, surtout pour les femmes enceintes.
Dans l’Arctique, le mercure peut également s’accumuler dans les organismes de grands mammifères comme les ours polaires ou les narvals, phénomène qui a fait l’objet de plusieurs études. Si les concentrations de mercure dans l’Arctique continuaient à augmenter, ce serait une nouvelle preuve de l’impact du changement climatique sur les communautés autochtones qui y vivent.
Les résultats de l’étude sont inquiétants car elle nous apprend que le permafrost n’est pas seulement une colossale zone de stockage de carbone susceptible de modifier le climat de la planète ; c’est aussi une importante zone de stockage de mercure qui risque d’être rejeté dans notre environnement avec le dégel du pergélisol. Cela est particulièrement préoccupant au vu de la prédominance des écosystèmes de zones humides dans l’Arctique.
Source: The Washington Post.

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We already knew that thawing Arctic permafrost would release powerful greenhouse gases. Now, scientists reveal it could also release massive amounts of mercury which is a potent neurotoxin and serious threat to human health.

According to a study led by scientists with the National Snow and Ice Data Center in Boulder, Colorado and published in the journal Geophysical Research Letters, there is the equivalent of 50 Olympic swimming pools of mercury trapped in the permafrost. This is twice as much as the rest of all soils, the atmosphere, and ocean combined. According to the study, when permafrost thaws in the future, some portion of this mercury will get released into the environment, with unknown impact to people and our food supplies. The scientists performed the research by taking cores from permafrost across Alaska. They measured mercury levels and then extrapolated to calculate how much mercury there is in permafrost across the globe, where it covers large portions of Canada, Russia and other northern countries.

Mercury, a naturally occurring element, binds with living matter across the planet, but the Arctic is special. Normally, as plants die and decay, they decompose and mercury is released back to the atmosphere. But in the Arctic, plants often do not fully decompose. Instead, their roots are frozen and then become buried by layers of soil. This suspends mercury within the plants, where it can be remobilized again if permafrost thaws.

How much mercury would be released depends on how much the permafrost thaws, which in turn depends on the volume of greenhouse-gas emissions and subsequent warming of the planet. However, permafrost thaw has begun in some places and scientists project that it will continue over the course of the century. The study says that with current emissions levels through 2100, permafrost could shrink by between 30 and 99 percent.

The question is to know where this mercury will go, and what it will do. It could spread through rivers that into the Arctic Ocean. Or it could enter the atmosphere. Or both. The problem is that mercury, although naturally occurring, is damaging to humans and wildlife, especially in certain forms. We are already causing mercury to enter the atmosphere by burning coal, which lofts the element into the atmosphere where it travels long distances. When it rains out into the ocean or lakes, mercury enters the food chain, first accumulating in the bodies of microorganisms and then growing increasingly concentrated in predators – like fish – that feed off smaller organisms. When humans consume mercury-laden fish in quantities too large, it can be dangerous, especially for pregnant women.

In the Arctic, mercury can also accumulate in the bodies of major mammal predators, such as polar bears or narwhal, a phenomenon that has been documented. If the Arctic mercury burden further increases, it could be another way that climate change affects the native communities living there.

The results of the study are concerning because what we are learning is that not only is permafrost a massive storage for carbon that will feedback on global climate, but permafrost also stores a globally significant pool of mercury, which is at risk of being released into the environment when permafrost thaws. This is especially concerning, given the predominance of wetland ecosystems in the Arctic.

Source: The Washington Post.

Carte montrant l’étendue du permafrost dans l’Arctique (Source: National Snow and Ice Data Center)