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La fonte du permafrost (3ème partie) // Permafrost thawing (Part three)

Lorsque la glace à l’intérieur du permafrost fond, le sol devient instable et peut s’affaisser, provoquant des éboulements de roches, des affaissements et des glissements de terrain, des inondations et l’érosion des côtes. Le sol s’est affaissé de 85 mètres dans certaines parties de la Sibérie. Ce phénomène peut causer des dégâts aux bâtiments, aux routes, aux lignes électriques et autres infrastructures. Cela peut aussi nuire aux écosystèmes naturels. La fonte du permafrost peut affecter la vie végétale à la base de la chaîne alimentaire et potentiellement toutes les créatures qui en dépendent. Les changements dans le paysage peuvent modifier la reproduction et la migration des caribous. De la même façon, à mesure que l’Arctique se réchauffe, les castors se déplacent vers le nord ; leurs barrages inondent de nouvelles zones, créant des zones marécageuses où l’eau plus chaude accélère la fonte du permafrost.
Le dégel du permafrost peut libérer autre chose que le carbone ou le méthane. Sa fonte peut devenir une menace pour la santé humaine. Comme je l’expliquais dans un article de ce blog, en 2016, un jeune garçon est décédé et des dizaines de personnes ont été hospitalisées après avoir contracté l’anthrax dans la péninsule de Yamal en Sibérie. Une carcasse de renne infectée par l’anthrax et qui avait gelé 75 ans auparavant s’est décomposée lors de la fonte du permafrost. Les spores de l’anthrax ont pénétré dans le sol et l’eau, puis dans les réserves de nourriture, infectant ainsi les êtres humains.
Les hommes, les animaux et leurs maladies sont maintenus à l’état de gel dans le permafrost depuis des siècles, mais les bactéries et les virus peuvent survivre dans le sol gelé pendant des centaines de milliers d’années. Les scientifiques ont récemment redonné vie à un virus âgé de 30 000 ans qui infecte les amibes. Des maladies comme la grippe espagnole, la variole ou la peste qui ont été éliminées pourraient réapparaître avec le dégel du permafrost. Au fur et à mesure que l’Arctique se réchauffe, l’exploitation de minéraux ou de métaux précieux pourrait potentiellement nous mettre à nouveau en contact avec ces microbes et virus.
Construire sur du pergélisol est problématique, non seulement parce que le sol est instable, mais aussi parce que la chaleur des bâtiments et des canalisations peut réchauffer le permafrost. Les structures doivent être construites sur des pieux en bois ou sur des socles de gravier épais. Les conduites d’eau et d’égout doivent être placées au dessus du sol. J’ai expliqué qu’en Alaska, certaines routes et les pistes d’atterrissage de la petite ville de Bethel sont équipées de tuyaux remplis de liquide qui évacuent la chaleur du permafrost et que l’hôpital a installé des machines permettant de garder le sol constamment à très basse température, évitant ainsi son affaissement.

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When the ice in permafrost melts, the ground becomes unstable and can slump, causing rock and landslides, floods and coastal erosion. The ground has collapsed 85 metres deep in some parts of Siberia. This phenomenon can damage buildings, roads, power lines and other infrastructure. It can also harm natural ecosystems. It can affect plant life at the base of the food chain and potentially all the creatures that depend on it. Changes in the landscape can alter caribou breeding and migration patterns. And as the Arctic warms, beavers are moving northward. Their dams flood new areas, creating boggy stretches that allow for more warm water to thaw permafrost further.

Thawing permafrost can release more than carbon emissions. It can become a danger to human health. As I explained in a post on this blog, in 2016, a young boy died and dozens were hospitalized after contracting anthrax on the Yamal Peninsula in Siberia. An anthrax-infected reindeer carcass that froze 75 years earlier became exposed when the permafrost thawed. Anthrax spores entered the soil and water, and eventually the food supply, infecting the humans.

People and animals and their diseases have been frozen in the permafrost for hundreds of years, but bacteria and viruses can survive in permafrost for hundreds of thousands of years. Scientists recently revived a 30,000-year-old virus that infects amoebas. Diseases like the Spanish flu, smallpox or the plague that have been wiped out might be frozen in the permafrost. As the Arctic warms, more activity, like mining for rare earth or precious metals, could potentially put us in contact with them again.

Building on permafrost is problematic, not only because the ground is unstable, but because the heat of buildings and pipes themselves can warm permafrost. Structures must be built on wood piles or based on thick gravel pads. Water and sewer pipes must be placed above ground. I explaines that in Alaska, some roads and airport runways in Bethel are outfitted with liquid-filled pipes that transfer heat away from the permafrost, and the hospital has installed machines that keep the ground constantly refrigerated.

La fonte du permafrost affecte les routes et les structures (Photos: C. Grandpey)

La fonte du permafrost (2ème partie) // Permafrost thawing (Part two)

Voici ce qui se passe lors de la fonte du permafrost: La ‘couche active’ du sol qui se trouve au-dessus du permafrost dégèle chaque été et entretient la végétation. Cette couche libère du carbone à partir des racines des plantes qui émettent du CO2 et à partir des microbes dans le sol. Certains microbes décomposent les matières organiques en CO2. D’autres produisent du méthane lorsque les conditions sont anaérobies, autrement dit lorsque le sol est saturé d’eau ou qu’il n’y a pas d’oxygène. Le méthane est 20 à 30 fois plus puissant que le dioxyde de carbone pour exacerber le réchauffement climatique, mais il reste dans l’atmosphère moins longtemps.
À mesure que le permafrost fond, la couche active du sol s’épaissit. Les microbes deviennent actifs et les racines des plantes peuvent s’enfoncer davantage, entraînant la production de plus de CO2. La quantité de méthane générée dépend de la saturation du sol.
Les scientifiques ignorent quelles sont les proportions relatives de dioxyde de carbone et de méthane pouvant découler du dégel à grande échelle du permafrost, car cela ne s’est jamais produit de toute l’histoire de l’humanité. Cependant, les recherches sur la couche supérieure de la toundra suggèrent que les émissions moyennes de CO2 sont environ 50 fois plus élevées que celles de méthane. En outre, nous savons que, chaque fois que le sol se réchauffe de 10 degrés Celsius, les émissions de CO2 doublent.
Une étude effectuée en 2017 a estimé que si la température de notre planète dépassait de 1,5°C le niveau de 1861, la fonte du permafrost pourrait libérer de 68 à 508 gigatonnes de carbone. Ce carbone augmenterait à lui seul les températures globales de 0,13 à 1,69°C d’ici 2300. Comme la hausse des températures se situe déjà à 1,5°C au-dessus du niveau préindustriel, ce réchauffement supplémentaire pourrait avoir des effets catastrophiques sur le changement climatique.
Bien qu’un Arctique plus chaud puisse supporter plus de plantes et que les plantes absorbent le dioxyde de carbone par la photosynthèse, ces nouvelles plantes ne devraient compenser que 20% environ des émissions de carbone du permafrost.
De nombreux scientifiques craignent que le dégel du permafrost soit un point critique qui déclenche un cycle irréversible: lorsque le pergélisol libère le carbone sous forme de CO2 ou de méthane, il accélère le réchauffement, ce qui accélère le dégel du permafrost et ainsi de suite. Les hommes ne pourront rien faire pour arrêter ce cycle infernal. Les régions où le permafrost est gelé toute l’année se déplacent déjà vers le nord; et dans certaines régions, la toundra gèle plus tard à l’automne, ce qui laisse plus de temps aux microbes pour décomposer la matière organique et aux plantes pour respirer.

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Here is what happens when permafrost is thawing:  The ‘active layer’ of soil on top of the permafrost thaws each summer and can sustain plant life. This layer releases carbon from the roots of plants that respire out CO2, and from microbes in the soil. Some microbes break down the organic matter into CO2. Others produce methane instead, when conditions are anaerobic, on other words when the soil is saturated with water or no oxygen is available. Methane is 20 to 30 times more potent than carbon dioxide at exacerbating global warming, but it remains in the atmosphere for less time.

As permafrost thaws, the active layer deepens. The microbes become active and plant roots can penetrate further down, resulting in the production of more CO2. The amount of methane generated depends on how saturated the ground is.

Scientists don’t know the relative proportions of carbon dioxide and methane emissions that might result from largescale thawing permafrost because this has never happened in human history. However, research on the upper layer of the tundra suggests that the average CO2 emissions are about 50 times higher than those of methane. Besides, we know that for every 10 degrees Celsius that the soil warms up, the emission of CO2 will double.

A 2017 study estimated that if global temperatures rise 1.5˚C above 1861 levels, thawing permafrost could release 68 to 508 gigatons of carbon. This carbon alone would increase global temperatures 0.13 to1.69˚C by 2300. Since we may have already locked in 1.5˚C of warming above pre-industrial levels, this amount of additional warming could result in catastrophic impacts of climate change.

Although a warmer Arctic could support more plants, and plants absorb carbon dioxide through photosynthesis, the new growth is projected to offset only about 20 percent of the permafrost’s carbon release.

Many scientists are concerned that thawing permafrost could be a tipping point that triggers an irreversible cycle: When permafrost releases its carbon as CO2 or methane, it will accelerate warming, which will then precipitate more permafrost thaw, and so on. There will be nothing humans can do to stop it. The regions where permafrost is frozen year-round are already shifting northwards; and in some areas, the tundra now freezes later in the fall, allowing more time for microbes to decompose organic matter and for plants to breathe.

Photos: C. Grandpey

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)