Fonte du permafrost et son effet sur le budget carbone // Permafrost melting and its effect on the carbon budget

Une nouvelle étude publiée dans Nature Geoscience  a évalué l’impact de la fonte du permafrost sur les budgets d’émission de CO2 alors que le monde semble se rapprocher plus vite que prévu du dépassement des objectifs de l’Accord de Paris sur le climat.

Le pergélisol, ou permafrost, occupe une grande partie du Groenland, de l’Alaska, du Canada et de la Russie. Au total, il couvre un cinquième des terres émergées de la planète. Le permafrost contient du carbone qui s’est accumulé dans le sol pendant des dizaines, voire des centaines de milliers d’années. Jusqu’à présent, le sol gelé en permanence avait retenu ce carbone qui représente trois à sept fois la quantité de carbone retenue dans les forêts tropicales. Le problème à l’heure actuelle, c’est que la couche supérieure du pergélisol dégèle périodiquement en été, avec une accélération du phénomène liée à l’augmentation des températures.

La dernière étude montre comment le réchauffement climatique, en favorisant le dégagement de carbone du pergélisol, diminue  la quantité de CO2 que l’humanité peut se permettre d’émettre. Bien que le rapport le plus récent du GIEC ait reconnu que le pergélisol se réchauffait, les modèles climatiques n’ont pas pris en compte ces émissions lors des projections climatiques.

L’intérêt de la nouvelle étude est d’affirmer que le risque sera encore plus important si les objectifs d’émissions sont dépassés, même ponctuellement. L’Accord de Paris reconnaît explicitement une trajectoire de dépassement, culminant d’abord sous les 2°C, et avec des efforts par la suite pour revenir à 1,5°C. Le problème avec cette stratégie, c’est que, pendant la période de dépassement, la hausse des températures provoquera un dégel du pergélisol. Cela entraînera la libération d’un surplus de carbone qui devra être éliminé de l’atmosphère pour que la température mondiale diminue.

Les budgets d’émission sont définis comme la quantité cumulée d’émissions anthropiques de CO2 compatibles avec une cible de changement de température globale, en l’occurrence 1,5 et 2°C. Inclure les émissions du dioxyde de carbone (CO2) et de méthane (CH4) sur les budgets d’émission par dégel du pergélisol change la donne.

Il est difficile pour les scientifiques de déterminer les proportions relatives des émissions de dioxyde de carbone et de méthane qui pourraient résulter du dégel du pergélisol à grande échelle. La contribution spécifique des émissions de CH4 représente 5 à 35% de l’effet total du pergélisol en fonction de la température cible et du parcours pour atteindre l’objectif. Dans les scénarios de dépassement, le CH4 joue un rôle moins important, car la cible est atteinte plus tard et le CH4 est un gaz à effet de serre à durée de vie relativement courte.

Le rythme actuel d’émissions est de 10 GtC par an ou 40 GtC02. Une libération de 150 GtCO2 due au permafrost reviendrait à réduire le budget de 4 années. Le pergélisol dégèle déjà à certains endroits et si le problème se propage, les scientifiques craignent que le réchauffement climatique ne s’emballe, davantage de dégel favorisant encore plus de hausse des températures…

Il y a aussi de grandes incertitudes quand à l’effet à long terme du permafrost, c’est à dire pour les siècles à venir. Au final, le réchauffement de la planète dû au dégel du pergélisol dépendra de la quantité de carbone libérée, de sa rapidité et de sa forme sous forme de CO2 ou de méthane. L’impact pourrait être beaucoup plus important après 2100 en fonction des scénarios d’émissions.

Source : Nature Geoscience.

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A new study published in Nature Geoscience has assessed the impact of permafrost melting on CO2 emission budgets. The world seems to be moving faster than expected to exceed the objectives of the Paris Agreement on Climate Change.
Permafrost covers a large part of Greenland, Alaska, Canada and Russia. In total, it spreads over one-fifth of the earth’s land surface. The permafrost contains carbon that has accumulated in the soil for tens or even hundreds of thousands of years. So far, the permanently frozen ground has avoided the release of this carbon which is three to seven times the amount of carbon retained in tropical forests. The problem at present is that the upper permafrost layer thaws periodically in summer, with an acceleration of the phenomenon related to the increase in temperatures.
The latest study shows how global warming, by promoting the release of carbon from the permafrost, reduces the amount of CO2 that humans can afford to emit. Although the most recent IPCC report acknowledged that permafrost was melting, its climate models did not take these emissions into account in climate projections.
The interest of the new study is to show that the risk will be even greater if the emission targets are exceeded, even punctually. The Paris Agreement explicitly admitted an excess path, culminating first below 2°C and then continuing efforts to return to 1.5°C. The problem with this strategy is that, during the exceedance period, rising temperatures will cause the thawing of permafrost carbon. This will result in the release of a surplus of carbon that will have to be removed from the atmosphere in order to reduce the global temperature.
Emission budgets are defined as the cumulative amount of anthropogenic CO2 emissions that are compatible with an overall temperature change target of 1.5 and 2°C. Including emissions of carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) caused by the thawing of permafrost in emission budgets is a game changer.
It is difficult for scientists to determine the relative proportions of carbon dioxide and methane emissions that could result from large-scale permafrost thaw. The specific contribution of CH4 emissions accounts for 5 to 35% of the total effect of permafrost depending on the target temperature and route to achieve the goal. In exceedance scenarios, CH4 plays a less important role because the target is reached later and CH4 is a relatively short-lived greenhouse gas.
The current rate of emissions is 10 GtC per year, or 40 GtCO2. A release of 150 GtCO2 due to permafrost would reduce the budget by 4 years. Permafrost is already thawing in some places and if the problem is spreading, scientists are worried that global warming will get worse, with more thaw to further increase temperatures …
There is also a great uncertainty about the long-term effect of permafrost, ie for centuries to come. This is because in the end, global warming due to permafrost thaw will depend on the amount of carbon released, its speed and its form in the form of CO2 or methane. The impact could be much larger after 2100 depending on the emissions scenarios.
Source: Nature Geoscience.

Carte montrant l’étendue du permafrost dans l’Arctique

(Source: National Snow and Ice data Center)

 

J’ai attiré l’attention sur les conséquences de la fonte du permafrost dans un chapitre de mon dernier livre « Glaciers en péril » que l’on peut se procurer en me contactant directement par mail: grandpeyc@club-internet.fr

L’avenir du permafrost en Alaska // The future of Alaska’s permafrost

Comme je l’ai écrit à plusieurs reprises sur ce blog, le permafrost (ou pergélisol) fond à une vitesse incroyable dans l’Arctique, avec des conséquences importantes pour l’environnement. Un article récemment publié dans le New York Times apporte plus de détails sur le phénomène.
L’Arctique se réchauffe environ deux fois plus vite que d’autres parties de la planète, et la hausse des températures est fortement ressentie en Alaska. La glace de mer et certains biotopes disparaissent; la hausse du niveau de la mer menace les villages côtiers. Pour les scientifiques du Woods Hole Research Center qui sont allés en Alaska étudier les effets du changement climatique, le problème le plus sérieux réside dans la fonte du permafrost.
Logé entre quelques dizaines de centimètres et quelques mètres sous la surface, le permafrost contient de grandes quantités de carbone dans la matière organique ; ce sont des plantes qui ont absorbé du dioxyde de carbone de l’atmosphère il y a des siècles, sont mortes et ont gelé avant de pouvoir se décomposer. Sur la planète, on pense que le permafrost contient aujourd’hui deux fois plus de carbone que l’atmosphère. Une fois que cette matière organique décongèle, les microbes en transforment une partie en dioxyde de carbone et en méthane qui peuvent passer dans l’atmosphère et accélérer son réchauffement.
En juillet 2017, les scientifiques du Woods Hole Research Center ont installé une station temporaire au bord d’un lac à 90 km au nord-ouest de Bethel, une ville située près de la côte ouest de l’Alaska, à environ 640 km d’Anchorage. Ils ont prélevé des carottes de permafrost, ainsi que des échantillons de sédiments et d’eau et enfoncé des sondes thermiques dans le sol gelé. Plus tard, dans le laboratoire de l’institution, ils ont entrepris le processus d’analyse des échantillons pour déterminer la teneur en carbone et en nutriments. L’objectif est de mieux comprendre comment la fonte du permafrost affecte le paysage et, en fin de compte, quelle quantité de gaz à effet de serre est évacuée dans l’atmosphère.
Même dans le nord de l’Alaska où le climat est plus froid et où le permafrost dans la région de North Slope descend à plus de 600 mètres sous la surface, les scientifiques voient des changements importants. La température à deux mètres de profondeur a augmenté de 3 degrés Celsius au cours des dernières décennies. Les changements à la surface ont été encore plus importants. Sur l’un des sites de mesures, la température du permafrost en surface est passée de moins 8 degrés Celsius à moins 3. A ce rythme, cette température deviendra positive vers le milieu du siècle. En plus des émissions de gaz à effet de serre, la fonte du permafrost a une incidence sur les infrastructures et provoque des affaissements de terrain lorsque la glace perd de son volume en fondant. J’ai précédemment donné l’exemple de la rue principale de Bethel, une agglomération où les bâtiments s’enfoncent et se fissurent.
La fonte du permafrost est un processus graduel. Le sol est totalement gelé en hiver et commence à décongeler de haut en bas lorsque la température de l’air augmente au printemps. À mesure que les températures moyennes augmentent, cette couche décongelée ou active en subit les effets en profondeur. Les chercheurs s’intéressent à la manière dont les feux de forêt affectent le permafrost. Comme les incendies font disparaître en surface une partie de la végétation qui agit comme un isolant, on pense que le feu et la combustion qu’il entraîne peuvent accélérer la fonte du pergélisol.
La fonte du permafrost sous un lac ou en bordure de celui-ci peut provoquer l’évacuation de l’eau, un peu comme une baignoire qui fuit. Cette fonte peut aussi entraîner des variations de niveau du sol, ce qui peut entraîner des changements dans l’écoulement de l’eau ; ainsi, certaines parties de la toundra peuvent s’assécher et d’autres être transformées en tourbières. Au-delà des effets sur la vie végétale et animale, les changements apportés au paysage peuvent avoir un impact important sur le changement climatique en modifiant la quantité de dioxyde de carbone et de méthane qui est émise. Bien que le méthane ne persiste pas dans l’atmosphère aussi longtemps que le dioxyde de carbone, il a une capacité de piégeage thermique beaucoup plus grande et peut contribuer à un réchauffement plus rapide. Si le permafrost en décomposition est humide, il y aura moins d’oxygène disponible pour les microbes, de sorte qu’ils produiront plus de méthane. Si le pergélisol est sec, la décomposition entraînera plus de dioxyde de carbone.
Les estimations varient en ce qui concerne la quantité de carbone émise lors de la fonte du permafrost dans le monde, mais on estime que les émissions d’ici la fin du siècle pourraient atteindre environ 1,5 milliard de tonnes par an, soit environ les émissions annuelles actuelles provenant de combustibles fossiles aux États-Unis.
La hausse des émissions de carbone dans la toundra de l’Alaska est tenue pour responsable de la hausse des températures et de la fonte du permafrost. Dans une étude publiée au début de cette année, les chercheurs ont constaté que la décomposition bactérienne du permafrost décongelé, ainsi que le dioxyde de carbone produit par la végétation vivante, se poursuit plus tard dans l’automne parce que le gel en surface est retardé. Selon les chercheurs, la hausse des émissions de CO2 a été si importante que l’Alaska pourrait passer du stade de simple réserve à celui de véritable source de carbone.
Source: The New York Times.

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As I put it several times in this blog, permafrost is thawing at an incredible speed in the Arctic, with significant consequences for the environment. An article recently published in The New York Times brings more details about the phenomenon.

The Arctic is warming about twice as fast as other parts of the planet, and even in sub-Arctic Alaska the rate of warming is high. Sea ice and wildlife habitat are disappearing; higher sea levels threaten coastal native villages. To the scientists from Woods Hole Research Center who have gone to Alaska to study the effects of climate change, the most urgent is the fate of permafrost.

Starting just a few tens of centimetres below the surface and extending a few metres down, it contains vast amounts of carbon in organic matter, plants that took carbon dioxide from the atmosphere centuries ago, died and froze before they could decompose. Worldwide, permafrost is thought to contain about twice as much carbon as is currently in the atmosphere. Once this ancient organic material thaws, microbes convert some of it to carbon dioxide and methane, which can flow into the atmosphere and cause more warming.

In July, Woods Hole scientists set up a temporary field station on a lake 90 km northwest of Bethel, a city located near the west coast of Alaska, approximately 640 km from Anchorage. They drilled permafrost cores, took other sediment and water samples and embedded temperature probes in the frozen ground. Later, back in the lab at Woods Hole, they began the process of analyzing the samples for carbon content and nutrients. The goal is to better understand how thawing permafrost affects the landscape and, ultimately, how much and what mix of greenhouse gases is released.

Even in colder northern Alaska, where permafrost in some parts of the North Slope extends more than 600 metres below the surface, scientists are seeing stark changes. Temperatures at a depth of 2 metres have risen by 3 degrees Celsius over decades. Near-surface changes have been even greater. At one northern site, permafrost temperatures at shallow depths have climbed from minus 8 degrees Celsius to minus 3. If emissions and warming continue at the same rate, near-surface temperatures will rise above freezing around the middle of the century. In addition to greenhouse-gas emissions, thawing wreaks havoc on infrastructure, causing slumping of land when ice loses volume as it melts. I previously gave the example of the main road in Bethel where building foundations move and crack.

The thawing of permafrost is a gradual process. Ground is fully frozen in winter, and begins to thaw from the top down as air temperatures rise in spring. As average temperatures increase, this thawed, or active, layer can increase in depth. The researchers are especially interested in how wildfires affect the permafrost. Because burning removes some of the vegetation that acts as insulation, the theory is that burning should cause permafrost to thaw more.

Thawing permafrost underneath or at the edge of a lake can cause it to drain like a leaky bathtub. Thawing elsewhere can bring about small elevation changes that can in turn lead to changes in water flow through the landscape, drying out some parts of the tundra and turning others into bogs. Beyond the local effects on plant and animal life, the landscape changes can have an important climate change impact, by altering the mix of carbon dioxide and methane that is emitted. Although methane does not persist in the atmosphere for as long as carbon dioxide, it has a far greater heat-trapping ability and can contribute to more rapid warming. If the decomposing permafrost is wet, there will be less oxygen available to microbes, so they will produce more methane. If the permafrost is dry, the decomposition will lead to more carbon dioxide.

Estimates vary on how much carbon is released from thawing permafrost worldwide, but by one calculation emissions over the rest of the century could average about 1.5 billion tons a year, or about the same as current annual emissions from fossil-fuel burning in the United States.

Already, thawing permafrost and warmer temperatures are being blamed for rising carbon emissions in the Alaskan tundra. In a study earlier this year, researchers found that bacterial decomposition of thawed permafrost, as well as carbon dioxide produced by living vegetation, continues later into the fall because freezing of the surface is delayed. The rise in emissions has been so significant, the researchers found, that Alaska may be shifting from a sink, or storehouse, of carbon, to a net source.

Source: The New York Times.

Carte montrant (en bleu) l’étendue du permafrost en Alaska en 2010

Projection montrant (en orange) la perte probable de permafrost en 2050

 (Source : Woods Hole Research Center)

La fonte du Groenland en photos // Photos of Greenland’s melting

La fonte du Groenland est visible au niveau des glaciers qui se fracturent et vêlent de plus en plus d’icebergs. Elle se produit aussi à la surface de la banquise où sont apparues des taches bleues qui trahissent des lacs de glace fondue qui sont de plus en plus nombreux et s’agrandissent chaque année. Chaque été, ils apparaissent aussi davantage à l’intérieur des terres et à de plus hautes altitudes que par le passé. Au travers de ses photos, le photographe aérien allemand Timo Lieber dévoile un paysage inattendu du Groenland.

Le projet photographique de Timo Lieber est intitulé Thaw (« fonte », en anglais). A la croisée de la photographie artistique et de la science, il est le fruit d’une collaboration entre le photographe et une équipe de glaciologues. Leur objectif est d’alerter sur la rapide et inquiétante fonte de la calotte glaciaire qui recouvre le Groenland, la plus importante de l’hémisphère Nord.

Timo Lieber explique que « dans ce paysage immaculé, dépouillé au strict minimum de couleurs et de formes, l’impact dramatique du changement climatique est plus manifeste que dans n’importe quelle autre partie du monde […] Cela fait peur à voir de ses propres yeux. Même depuis mon avion de ligne, lors de mon arrivée au Groenland, on pouvait déjà voir le bleu des lacs. On s’attend à un paysage complètement blanc, mais en fait, ce n’est pas du tout le cas ». C’est exactement ce que je me suis dit en survolant le Groenland en septembre 2016 alors que je me rendais en Alaska.

Même si elles traitent d’un sujet grave, les photos de Timo Lieber n’en restent pas moins belles. « Je n’essaie pas d’embellir le problème lui-même », confie Timo Lieber. « Je veux que les gens qui voient ces images se posent cette question : ‘Qu’est-ce qu’il y a derrière toute cette beauté ?' »

Le portfolio groenlandais de Timo Lieber est visible à cette adresse.

http://www.timolieber.com/thaw/view/thaw-1/

Source : France Info.

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The melting of Greenland can be seen at the glaciers which fracture and calve more and more icebergs. It also occurs on the surface of the ice sheet, where blue spots have appeared, betraying melt lakes which are increasingly numerous and growing every year. Each summer, they also appear more inland and at higher altitudes than in the past. Through his photos, the German aerial photographer Timo Lieber unveils an unexpected landscape of Greenland.
The photographic project of Timo Lieber is entitled « Thaw ». At the crossroads of artistic photography and science, it is the fruit of a collaboration between the photographer and a team of glaciologists. Their objective is to alert to the rapid and worrying melting of the ice sheet covering Greenland, the largest in the northern hemisphere.
Timo Lieber explains that « in this immaculate landscape, stripped to the bare minimum of colours and shapes, the dramatic impact of climate change is more evident than in any other part of the world … It’s scary to be seen with one’s own eyes. Even from my airliner, when I arrived in Greenland, I could already see the blue of the lakes.We expect a completely white landscape, but in fact it is not at all the case ». That is exactly what I said to myself while flying over Greenland in September 2016.
Even if they deal with a serious subject, Timo Lieber’s photos remain no less beautiful. « I’m not trying to embellish the problem itself, » says Lieber. « I want people who see these images to ask themselves, ‘What’s behind all this beauty?' »
Tom Lieber’s Greenland portfolio can be seen at this address:
http://www.timolieber.com/thaw/view/thaw-1/

Source: France Info.

Photo: C. Grandpey

 

La fonte du permafrost en Alaska // Permafrost thawing in Alaska

drapeau-francaisSelon une étude de l’USGS, le pergélisol peu profond se trouve sous un peu plus du tiers de la surface de l’Alaska continentale, mais une superficie de 16% à 24% de ce permafrost superficiel va disparaître d’ici la fin du siècle.
Les auteurs de l’étude ont calculé le dégel qui devrait survenir suite à l’accélération prévue du réchauffement climatique dans la toundra et dans l’écosystème boréal des latitudes septentrionales. Ils ont utilisé des données cartographiques actuelles pour localiser le pergélisol qui commence à moins d’un mètre sous la surface et ont conclu que 38% de l’Alaska continentale est concernée.
Pour prédire la future disparition du permafrost, l’étude analyse les effets des changements de température et de précipitations à venir. Cependant, les résultats pourraient être sous-estimés car l’étude ne tient pas compte des changements subis par la végétation ou les incendies de forêts dont le nombre a augmenté avec le réchauffement climatique en Alaska.
Selon l’étude, les zones où la perte du pergélisol de surface sera la plus spectaculaire se trouvent dans la partie centrale de l’Etat où la probabilité de rencontrer du pergélisol en 2 090 sera de 10%, voire moins.
Le dégel du permafrost affecte l’écoulement des eaux souterraines et de surface, ainsi que les voies de communication qui subissent de gros dégâts. Certains bâtiments et autres structures pourraient souffrir des mouvements du sol. Plus important encore, le dégel continu du pergélisol devrait libérer dans l’atmosphère le carbone stocké jusque là dans le sol. Cela signifierait une énorme source de carbone supplémentaire dans l’atmosphère et une rétroaction positive d’un cycle: les émissions de carbone causées par le réchauffement climatique provoquent à leur tour un réchauffement de l’atmosphère.
L’étude ne prend pas en compte les effets du réchauffement climatique sur le pergélisol profond.
Source: Alaska Dispatch News.

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drapeau-anglaisAccording to a USGS study, shallow permafrost lies beneath the surface of more than a third of mainland Alaska, but 16 % to 24 % will disappear by the end of the century.
The study calculates the thaw that is expected to occur as accelerated warming continues in the tundra and boreal ecosystem of the northern latitudes. It uses current mapping data to estimate locations of existing near-surface permafrost which starts within one metre below the surface. About 38 % of mainland Alaska has such permafrost.
To predict future permafrost loss, the study analyzes effects from expected temperature and precipitation changes. However, the results might be underestimated as the study does not take into account changes to vegetation or wildfires, which have become more plentiful and large as the Alaska climate warms.
According to the study, the areas where near-surface permafrost loss will be most dramatic will be in the central part of the state, where probability of encountering near-surface permafrost in 2090 will drop to 10 % or below.
Permafrost thaw affects flow of groundwater and surface water and local transportation. Some buidings and structures could suffer from movements of the ground. Most importantly, continued permafrost thaw is expected to release previously stored carbon into the atmosphere. This would mean a huge source of additional carbon into the atmosphere and a positive feedback to the cycle: warming-caused carbon release that causes more warming.
The study does not predict effects to deep permafrost.
Source: Alaska Dispatch News.

Permafrost Alaska

Carte montrant la répartition du pergélisol de surface en Alaska (Source: USGS)