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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)

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 Parc du Pléistocène (Sibérie / Russie): Lutte contre la fonte du permafrost // Pleistocene Park (Siberia / Russia): To curb permafrost thawing

Comme je l’ai indiqué à plusieurs reprises, la fonte du permafrost dans l’Arctique a un effet pervers : elle libère du gaz carbonique et du méthane dans l’atmosphère, ce qui contribue à accroître l’effet de serre et la hausse des températures.

C’est dans le but de freiner la fonte du pergélisol qu’a été créé le Parc du Pléistocène au nord de la Sibérie, à 5 km de la ville de Chersky (Yakutia). Cette initiative majeure tente de restaurer l’écosystème de la steppe des mammouths qui prévalait dans l’Arctique à la fin du Pléistocène. L’initiative suppose le remplacement des écosystèmes nordiques improductifs actuels par des pâturages hautement productifs qui présentent à la fois une forte densité animale et un taux élevé de biorecyclage. Les expériences de réintroduction d’animaux ont commencé en 1988. Actuellement, le Parc du Pléistocène se compose d’une zone fermée de 16 kilomètres carrés qui abrite 5 espèces majeures d’herbivores: bisons, bœufs musqués, élans, chevaux et rennes.
Le Parc du Pléistocène est actuellement géré par Nikita Zimov, mais c’est son père, Sergey Zimov, qui a eu l’idée du Parc. Les Zimov introduisent des créatures adaptées au froid qui sont les descendants des animaux qui parcouraient la région pendant la dernière ère glaciaire qui s’est terminée il y a environ 11 500 ans. Au cours d’expéditions difficiles dans d’autres parties de la Russie, ils ont récupéré des rennes, des boeufs musqués, des chevaux, des bisons et des cervidés.
Quand ces animaux paissent dans la toundra en hiver, ils piétinent la neige et diminuent ses qualités isolantes. De cette façon, les Zimov veulent conserver le pergélisol en augmentant son exposition à l’air froid en hiver. Ils espèrent également que les grands herbivores s’attaqueront aux arbres, aux arbustes et à la mousse, restaurant ainsi l’écosystème de la steppe des mammouths.
La steppe des mammouths s’étendait autrefois dans le haut du globe et couvrait une grande partie de l’Alaska et du pont terrestre de la Béringie. Lorsque les mammouths ont disparu, la forêt boréale moderne est apparue avec sa relative pénurie d’animaux.
À partir des os datant de la dernière ère glaciaire mis à jour par l’érosion sur les berges de la rivière Kolyma, les Zimov estiment que 30 grands herbivores ont vécu sur chaque kilomètre carré de la steppe des mammouths pendant l’Age de Glace. C’est cette densité qu’ils essaient de reproduire dans le Parc du Pléistocène. Le rêve des Zimov est d’étendre leur projet à l’ensemble du Nord circumpolaire.
Un chercheur de l’Université de Fairbanks en Alaska se rend régulièrement dans le Parc du Pléistocène. Il travaille sur des équipements qui mesurent les émissions de gaz dans la toundra. Les résultats confirment qu’avec la fonte du pergélisol la toundra ajoute plus de dioxyde de carbone qu’elle en absorbe dans l’atmosphère.
Source: Alaska Dispatch News.

Voici l’adresse du site Internet du Park: http://www.pleistocenepark.ru/en/

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As I put it several times, the melting of the permafrost in the Arctic has a perverse effect: it releases carbon dioxide and methane into the atmosphere, which contributes to increasing the greenhouse effect and the temperatures.

It was in order to curb the thawing of the permafrost that Pleistocene Park was created. The site is located in the north of Siberia, 5 km from the town of Chersky (Yakutia). It is a major initiative that includes an attempt to restore the mammoth steppe ecosystem, which was dominant in the Arctic in the late Pleistocene. The initiative requires replacement of the current unproductive northern ecosystems by highly productive pastures which have both a high animal density and a high rate of biocycling. Experiments with animal reintroductions began in 1988. Currently, Pleistocene Park consists of an enclosed area of 16 square kilometres that is home to 5 major herbivore species: bison, musk ox, moose, horses and reindeer.

The Pleistocene Park project is led by Nikita Zimov. Its aim is to restore the northern ecosystem that existed at the time of the mammoths. His father, Sergey Zimov, envisioned and initiated Pleistocene Park. The Zimovs are bringing in large, cold-adapted creatures descended from those that roamed the landscape during the last ice age, which ended about 11,500 years ago. In adventurous missions to other parts of Russia, they have retrieved reindeer, musk oxen, horses, bison and elk.

As these animals graze the tundra in winter, they pack down snow and lessen its insulating qualities. In this way, the Zimovs want to preserve the permafrost by increasing its exposure to cold winter air. They also hope their large herbivores will trample trees, shrubs and moss, restoring the mammoth steppe ecosystem.

The mammoth steppe once extended across the top of the globe, covering much of Alaska and the Bering Land Bridge. When mammoths disappeared, the modern boreal forest and its relative paucity of animals emerged.

From ice-age bones they have found in eroding river bluffs, the Zimovs estimate 30 large grass-eaters roamed a typical square kilometre of the mammoth steppe during the ice age. This is the density they are trying to reproduce at Pleistocene Park. The Zimovs’ dream is an eventual expansion of their experiment across the circumpolar north.

An Alaskan researcher at UAF is regularly visiting Pleistocene Park. He works on tundra-gas measuring equipment that confirm that, with the thawing of the permafrost,  the tundra is now adding slightly more carbon dioxide to the atmosphere than it absorbs.

Source: Alaska Dispatch News.

Here is the address of the Park’s website: http://www.pleistocenepark.ru/en/

Source: Parc du Pléistocène

Le boeuf musqué fait parti des animaux introduits dans le Parc du Pléistocène.

(Photo: C. Grandpey)