The Siberian permafrost reveals its secrets

Dans plusieurs articles diffusés sur ce blog, j’ai indiqué qu’en Russie les scientifiques mettent en garde contre la menace d’explosions de méthane, aussi soudaines que spectaculaires, susceptibles de créer de nouveaux cratères géants dans le nord de la Sibérie. Ils utilisent les satellites pour surveiller des monticules de glace et de terre connus sous le nom de pingo, car ils pensent qu’il existe un réel risque d’explosion. Il est particulièrement élevé dans la péninsule de Yamal, là où se trouvent les plus grandes réserves de gaz naturel du monde.
Cette mise en garde fait suite à une étude détaillée de l’un parmi des dizaines de nouveaux cratères repérés dans les régions reculées de la Sibérie au cours des 18 derniers mois. Le plus célèbre – connu sous le nom B-1 – se trouve à 29 km du champ gazier de Bovanenkovo.

Les scientifiques pensent que ces cratères se sont formés à la suite de la fonte du permafrost (ou pergélisol) et la libération des gaz dans le vide laissé derrière. Au fur et à mesure de l’augmentation de la température et de la quantité de gaz, le gaz naturel sous pression s’est échappé violemment à la surface.
Le cratère de Batgaika, baptisé par le peuple Yakutien «porte d’entrée du monde souterrain», fait partie de ces cratères d’effondrement qui apparaissent au cœur de la Sibérie au fur et à mesure que le permafrost se transforme en boue en libérant du méthane. Au cours de son effondrement, ce cratère révèle des étapes de l’histoire du changement climatique dans la région ; il met aussi au jour des carcasses d’animaux et des forêts pétrifiées.
Le cratère, de 800 mètres de large et de 80 mètres de profondeur, se développe à raison de 10 à 30 mètres par an, à mesure que fond la glace sur ses bords, et il s’approfondit régulièrement. Une étude publiée dans la revue scientifique Quarternary Research indique que, tout en libérant des gaz à effet de serre, les parois du cratère révèlent une foule de données climatiques historiques. Jusqu’à présent préservées par le pergélisol, ces couches font ainsi apparaître du pollen qui prouve que la région était autrefois couverte par une toundra très dense. Le cratère montre également deux rangées de souches d’arbres, signe que la zone était autrefois occupée par une forêt dense. Les chercheurs ont aussi découvert les restes de mammouths, de boeufs musqués, et même un cheval vieux de 4 400 ans.
Tous ces éléments illustrent les changements progressifs du climat sur des dizaines de milliers d’années. Les chercheurs espèrent qu’ils permettront de prévoir ce qui va se passer dans les prochaines décennies. Selon un professeur de l’Université du Sussex, la Sibérie semble avoir connu pour la dernière fois la formation de ces cratères d’effondrement il y a 10 000 ans, quand la Terre a émergé de la dernière glaciation. Un reste de forêt se trouve même au-dessus d’un paysage encore plus ancien qui avait été fortement érodé. C’est probablement lorsque le pergélisol a fondu au cours d’un épisode passé du réchauffement climatique.
Cependant, il y a une différence majeure entre aujourd’hui et le passé: Le niveau de gaz à effet de serre dans notre atmosphère est beaucoup plus élevé aujourd’hui qu’autrefois. Les derniers relevés de CO2 dans l’atmosphère (sur le Mauna Loa à Hawaii) se situent à 407 ppm (parties par million). À l’époque, ils n’atteignaient que 280 ppm.
Source: News.au.com.

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In several posts on this blog, I indicated that in Russia, scientists are warning of the threat of sudden and dramatic methane explosions creating new giant craters in northern Siberia. They are using satellites to monitor pingoes, mounds of earth-covered ice, which they fear can soon erupt.At special risk is the Yamal Peninsula, the location of the world’s largest natural gas reserves.
The warning followed detailed study of one of dozens of new craters spotted in remote regions of Siberia. The most famous – known as B-1 – is 29 km from Bovanenkovo gas field. Scientists believe these craters formed as a result of ice beneath the surface melting and releasing gas into the void left behind. As temperatures have warmed and gas levels have increased, the natural gas erupted out of the ground with violent results.
The Batgaika crater, known to the local Yakutian people as the “doorway to the underworld,” is one of the largest of a growing number of pits collapsing across Siberia as the ice beneath the surface turns to slush and methane gas. During its collapse, this crater is revealing eons of climate change in the region, along with long-buried animal carcasses and petrified forests.

The 800-metre-wide, 80-metre-deep crater is growing at the rate of 10 to 30 metres a year as the ice around its edges gives way. Thus, it is getting gradually deeper.

A study in the science journal Quarternary Research says that, along with its ominous release of greenhouse gas, the stratified layers of the crater’s sides are releasing immense historical climate data. Preserved in the melting permafrost are layers of pollen revealing that the area was once covered by open tundra. But there are also two prominent bands of tree stumps, showing the land was once dense forest. Among it all are the remains of ancient mammoth, musk ox, and even a 4,400-year-old horse.

Put together, all these elements paint a picture of gradual changes in climate over the course of tens of thousands of years. Researchers hope it will help them predict what will happen in coming decades. According to a University of Sussex professor, the last time Siberia appears to have experienced the formation of pit craters was 10,000 years ago, when the Earth woke from the last ice age. One forest-bed remnant sits above an even older landscape that had been heavily eroded. This was probably when permafrost thawed in a past episode of climate warming.

However, there is a major difference between today and the past : Greenhouse gas levels in our atmosphere are much higher now than then. The latest CO2 figures are at 407 parts per million. Back then, it was 280 parts per million.

Source: News.au.com.

Cratère de Batgaika (Crédit photo: Siberian Times)

Conséquences de la fonte du permafrost pour les rivières de l’Arctique // Consequences of permafrost thawing on Arctic rivers

Il ne faut pas se leurrer. Même si l’hiver actuel en Europe est moins doux que les précédents, le réchauffement climatique se poursuit dans l’Arctique où les températures hivernales sont toujours au-dessus de la moyenne. Le phénomène affecte la glace de mer, mais aussi le sol, les fleuves et les rivières.
Une nouvelle étude de l’USGS publiée dans la revue Geophysical Research Letters montre qu’avec le réchauffement du climat en Alaska et la fonte du permafrost (aussi appelé pergélisol), l’eau du fleuve Yukon connaît des modifications chimiques. Le Yukon circule sur plus de 3 000 km depuis montagnes de Colombie-Britannique jusqu’à la Mer de Béring et c’est l’un des plus grands fleuves arctiques au monde.
La surveillance du Yukon sur le long terme révèle que la teneur de l’eau en calcium, sodium, phosphore, magnésium et en sulfates est en augmentation. C’est la preuve de la fonte généralisée du pergélisol, ce qui a permis à l’eau de circuler librement dans les sols dégelés et riches en minéraux et de transporter certains d’entre eux jusque dans le fleuve. Les mesures indiquent une transformation profonde du bassin du Yukon dont la superficie est deux fois celle de la Californie ; c’est un important contributeur en eau dans le système marin de l’Arctique.
Les chercheurs ont utilisé les données fournies par un site de mesures installé le long du Yukon et un autre sur la Tanana, l’un de ses affluents. Ces deux stations de surveillance de l’USGS existent depuis des décennies, ce qui a permis aux scientifiques de remonter à 1982 pour étudier l’évolution de la situation. Non seulement les niveaux globaux des cinq éléments chimiques ont augmenté considérablement de 1982 à 2014, mais la périodicité des rejets s’est modifiée elle aussi. Bien que la plupart se produisent en été, la plus forte hausse pour certains éléments chimiques se situe à la fin du printemps ou à l’automne, ce qui indique un dégel annuel plus précoce et un regel du sol plus tardif au fil des ans.
On ne connaît pas encore suffisamment les effets des modifications chimiques observées dans l’eau du Yukon. La hausse de certains éléments chimiques et des sulfates a probablement des conséquences extrêmement négatives: on peut redouter une réaction en chaîne qui pourrait entraîner une augmentation du méthylmercure toxique dans l’eau du fleuve. Les sulfates sont absorbés par des bactéries qui transforment le mercure élémentaire en méthylmercure plus dangereux et qui s’accumule plus facilement dans l’organisme des poissons.
Les cinq plus grandes fleuves de l’Arctique – le Mackenzie au Canada ; la Lena, l’Ob et le Ienisseï en Sibérie, sans oublier le Yukon – sont considérés comme des sentinelles du changement climatique. Tous ont été étudiés scrupuleusement par les scientifiques, malgré les problèmes d’éloignement, les conditions d’observation difficiles et, pour le Yukon, des complications transfrontalières. Les scientifiques sont également été confrontés au manque de données historiques. Toutefois, pour le Yukon, il existe des archives liées à une tradition qui remonte à 1986. Elle permet de connaître les dates de débâcle du fleuve au niveau de la ville canadienne de Dawson City. En 2016, l’événement a eu lieu le 23 avril, date la plus précoce jamais enregistrée.
A côté des modifications chimiques de l’eau du Yukon, les habitants ont observé des changements physiques. Ainsi, la plus forte érosion contribue à introduire davantage de sédiments dans le fleuve, ce qui obstrue parfois les systèmes de filtration d’eau potable. Le dégel du pergélisol et l’érosion vont de pair. De plus, le dégel provoque d’autres changements à la surface du sol avec l’assèchement de certaines zones et un apport d’eau dans d’autres. L’augmentation des sédiments et des matériaux charriés par le fleuve suscite des inquiétudes dans les villages où les habitants sont très inquiets pour les saumons et leur habitat.
Source: Alaska Dispatch News.

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Don’t let us be mistaken. Even though the current winter looks less mild than the previous ones in Europe, global warming is going on in the Arctic where winter temperatures are still above average. The consequences of climate change affect the sea ice, but also the ground and the rivers.

A new USGS study published in the journal Geophysical Research Letters shows that as Alaska warms and permafrost thaws, the chemistry of the Yukon River’s water is transforming chemically. The Yukon runs more than 3,000 km from the mountains of British Columbia to the Bering Sea and is one of the world’s major Arctic rivers.

Long-term monitoring reveals that levels of calcium, sodium, phosphorus, magnesium and sulfates are increasing in the river’s waters. That is evidence of widespread permafrost loss, which has allowed water to flow freely through thawed, mineral-rich soils and carry some of those minerals into the river. The results indicate a profound transformation in the Yukon River basin, an area twice the size of California and a major contributor of water into the Arctic marine system.

The researchers used data from one site on the Yukon River and one on the Tanana River, a major Yukon tributary. Both sites have been USGS monitoring stations for decades, allowing this study to reach back to 1982 to investigate trends. Not only did overall levels of the five chemicals increase substantially from 1982 to 2014, but timing of the releases expanded as well. While most of the releases happen in the summer, the biggest percentage increases for some of the chemicals have been either in late spring or in the fall, indicating earlier annual thaws and later annual freeze-up of soil over time.

Just what will be the effects of the chemical changes is yet unclear. Increased loads of one of the minerals tracked, sulfates, have some potentially ominous implications : the specter of a chain reaction that could create more poisonous methylmercury in the river’s water. Sulfates are consumed by bacteria that convert simple elemental mercury into more-dangerous methylmercury form, which is more easily accumulated in fish.

The five biggest Arctic rivers – the Mackenzie of Canada – and three great Siberian rivers – the Lena, Ob and Yenisey, as well as the Yukon, are considered sentinels of climate changes. All have been watched carefully by scientists, though there are challenges of remoteness, harsh conditions and, for the Yukon, transboundary complications. Scientists are also challenged by gaps in the written historical record. But for the Yukon, some important historical information is available. A tradition, dating back to 1986, has provided a long record of Yukon River ice-breakup dates in the Canadian town of Dawson. The April 23^rd 2016 breakup was the earliest ever recorded in the Yukon Territory town.

Apart from the chemical changes in the river are some physical changes that locals notice too. Advancing erosion is putting more soil sediment into the river, sometimes clogging drinking-water filter systems. Permafrost thaw and erosion go together. And the thaw is triggering other changes on the surface, drying out some areas and bringing additional water to others.

The increase in river sediment and debris is fueling concerns in the villages where residents are very nervous about salmon and its habitat.

Source: Alaska Dispatch News.

Vue aérienne du bassin du Yukon.

Le Yukon à travers la taïga.

Le Yukon et Dawson City au Canada.

(Photos: C. Grandpey)

La fonte du permafrost et ses conséquences // The melting of permafrost and its consequences

Une nouvelle étude intitulée «La répartition et le stockage du carbone dans les paysages thermokarstiques circumpolaires» et publiée dans la revue Nature Communications (http://www.nature.com/articles/ncomms13043) propose une nouvelle carte du permafrost (ou pergélisol) dans l’hémisphère nord. La carte – fruit d’un projet mené par l’Université de l’Alberta et celle d’Alaska à Fairbanks – fait ressortir les zones qui sont les plus vulnérables à la fonte du permafrost et aux affaissements qui s’ensuivent. Elle montre également quelles régions du Nord circumpolaire sont les plus exposées aux «thermokarsts» (également appelés « cryokarsts »), autrement dit les zones où la surface de la terre s’effondre lorsque la glace dégèle dans le sol, avant de s’évacuer sous forme d’eau. Les caractéristiques thermokarstiques peuvent être des cavités ouvertes dans le sol, des fossés, de nouvelles zones humides ou même des lacs.
Les gaz à effet de serre tels que le dioxyde de carbone et le méthane sont souvent tenus responsables de la hausse des températures et du changement climatique sur notre planète. Comme je l’ai souvent écrit, la fonte du pergélisol ne fera qu’accélérer le changement climatique provoqué par la combustion des combustibles fossiles.
L’étude a révélé que près de 20 pour cent du permafrost des régions nordiques est susceptible de donner naissance à un paysage thermokarstique. Environ la moitié du carbone organique souterrain est stockée dans ces zones potentiellement thermokarstiques, de sorte que le dégel des années à venir sera loin d’avoir des conséquences négligeables.
Parmi les zones les plus vulnérables figurent la région de North Slope en Alaska et le delta du Yukon. Les zones sensibles aux formations thermokarstiques sont celles qui détiennent des quantités relativement importantes de glace. L’étude n’identifie pas précisément les zones qui connaissent le plus fort réchauffement et elle ne précise pas non plus les zones qui deviendront thermokarstiques dans les prochaines années. Par contre, elle identifie les zones qui seront les plus sensibles au réchauffement.
Les thermokarsts devraient devenir de plus en plus fréquents au cours de ce siècle avec le réchauffement du climat arctique. Leur apparition sera liée à deux facteurs : d’une part le changement climatique et d’autre part les phénomènes tels que les incendies et les inondations qui accompagnent ce même changement climatique.

Source : Nature Communications.

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A new study entitled “Circumpolar distribution and carbon storage of thermokarst landscapes” and published in the journal Nature Communications (http://www.nature.com/articles/ncomms13043) includes a new map of northern hemisphere permafrost. The map – which is the product of a project led by the University of Alberta and the University of Alaska Fairbanks – identifies the areas that are most vulnerable to thawing and slumping. It shows which regions in the circumpolar north are susceptible to the permafrost formations known as « thermokarsts, » where the land surface collapses when ice within the soil thaws and drains away. Thermokarst features can be sinkholes, gullies, new wetlands or expanded lakes.

Greenhouse gases such as carbon dioxide and methane are often blamed for rising Earth temperatures and global climate change. As I often put it before, melting permafrost is expected to accelerate climate change caused by burning fossil fuels.

The study found that about 20 percent of the world’s northern permafrost region has potential to become a thermokarst landscape. About half of the underground organic carbon is stored in those thermokarst-prone areas, making future thaw especially significant.

Among the most vulnerable areas are Alaska’s North Slope and the Yukon River delta. Areas susceptible to thermokarst formations are those that hold relatively large amounts of ice. The study does not specifically identify the areas that have the most warming nor does it predict future thermokarst. Rather, it identifies areas that will be sensitive to warming.

Thermokarsts are expected to become more prevalent as the Arctic climate warms. According to the researchers, vulnerability to thermokarst development is likely to increase this century both due to climate change and associated higher frequencies of disturbances such as wildfire and floods.

Source : Nature Communications.

Répartition des zones thermokarstiques ou potentiellement thermokarstiques dans les régions nordiques et plus particulièrement en Alaska (Source: Nature Communications).

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

J’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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I 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/

Source: Climats et Voyages

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