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La fonte du permafrost et ses conséquences // Permafrost thawing and its consequences

Suite à la pollution majeure provoquée par le déversement d’une cuve de mazout dans une rivière de Sibérie, la Russie a ordonné une vérification complète des infrastructures à risque bâties sur le permafrost qui est en train de fondre sous l’effet du réchauffement climatique. Les piliers qui soutenaient le réservoir de stockage du mazout se sont enfoncés dans le sol qui a perdu de sa rigidité avec la fonte du pergélisol.

Comme je l’ai indiqué à plusieurs reprises, la fonte du permafrost est prise très au sérieux par les autorités russes car elle fragilise les villes et les infrastructures, notamment minières, gazières et pétrolières. Le gouvernement russe considère ce dégel dans l’Arctique, où l’exploitation des ressources naturelles est une priorité stratégique du Kremlin, comme un risque majeur aux conséquences imprévisibles.

Les autorités russes disent avoir enfin stoppé la progression des hydrocarbures qui se sont déversés en particulier dans la rivière Ambarnaïa. Un barrage de confinement flottant a rapidement été mis en place et les polluants ont commencé à être pompés de cette rivière qui alimente le lac et le fleuve Piassino, très importants pour l’écosystème et les populations locales. Il est prévu de pomper les hydrocarbures et de les stocker sur place dans des conteneurs en attendant l’hiver, lorsque le gel aura rendu le terrain plus praticable.

Source : The Siberian Times.

Un point positif de cette pollution en Sibérie pourrait être une prise de conscience de la fonte du permafrost et de ses conséquences pour la planète. Comme je l’ai indiqué à plusieurs reprises, la fonte du sol gelé est une bombe à retardement sanitaire et écologique qui menace d’accélérer le réchauffement climatique.

An fondant, le permafrost se réchauffe et libère progressivement les gaz qu’il neutralisait jusque-là. Le phénomène devrait s’accélérer et les scientifiques décrivent un cercle vicieux : les gaz émis par le permafrost accélèrent le réchauffement, qui accélère la fonte du permafrost.

Selon un rapport du GIEC paru en septembre 2019, une fonte majeure du permafrost pourrait se produire d’ici 2100 si les émissions de CO2 ne sont pas réduites. Cela provoquerait l’émission de dizaines voire de centaines de milliards de tonnes de gaz à effet de serre.

Outre ses effets climatiques, la fonte du permafrost représente aussi une menace sanitaire car le sol gelé abrite des bactéries et virus parfois oubliés. Il est bon de rappeler que, pendant l’été 2016, un enfant est mort en Sibérie de la maladie du charbon (anthrax), pourtant disparue depuis 75 ans dans cette région. Les scientifiques ont alors expliqué que l’origine remontait très probablement au dégel d’un cadavre de renne mort de l’anthrax il y a plusieurs dizaines d’années. Libérée, la bactérie mortelle, qui se conserve dans le permafrost pendant plus d’un siècle, a réinfecté des troupeaux. La menace ne se limite pas à l’anthrax. Des chercheurs ont découvert ces dernières années deux types de virus géants, dont l’un vieux de 30 000 ans, conservés dans le permafrost.

Source : La Voix du Nord.

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Following major pollution caused by the spilling of an oil tank into a Siberian river, Russia has ordered a full monitoring of the infrastructure built on permafrost which is melting under the effect of global warming. The pillars that supported the diesel storage tank sank into the ground which had lost its rigidity with the thawing of permafrost.
As I have put it several occasions, the melting of permafrost is taken very seriously by the Russian authorities because it weakens cities as well as mining, gas and oil infrastructure. The Russian government considers permafrost melting in the Arctic, where the exploitation of natural resources is a strategic priority of the Kremlin, as a major risk with unforeseeable consequences.
Russian authorities say they have finally stopped the progression oil spill, in particular in the Ambarnaïa river. A floating containment dam was quickly put in place and pollutants began to be pumped from this river which feeds the lake and the Piassino river, which are very important for the ecosystem and local populations. It is planned to pump the hydrocarbons and store them on site in containers until winter, when the frost makes the ground more solid and practical.
Source: The Siberian Times.

A positive point of this pollution in Siberia could be an awareness of the melting of permafrost and its consequences for the planet. As I have said many times, the melting of frozen ground is a health and environmental time bomb that threatens to accelerate global warming.
As it melts, permafrost heats up and gradually releases the gases it previously neutralized. The phenomenon is expected to accelerate and scientists describe a vicious circle: the gases emitted by permafrost accelerate warming, which accelerates the melting of permafrost.
According to an IPCC report published in September 2019, a major melting of permafrost could occur by 2100 if the CO2 emissions are not reduced. This would cause the emission of tens or even hundreds of billions of tonnes of greenhouse gases.
In addition to its climatic effects, the melting of permafrost also represents a health threat because the frozen soil contains bacteria and viruses that are sometimes forgotten. It is worth recalling that, during the summer of 2016, a child died in Siberia from anthrax, which had disappeared in the region for 75 years. Scientists then explained that the origin most likely dates back to the thawing of a reindeer corpse that had died of anthrax several decades ago. Released, the deadly bacteria, which has been stored in permafrost for more than a century, reinfected herds. The threat is not limited to anthrax. Researchers have discovered in recent years two types of giant viruses; one of them is 30,000 years old and was stored in permafrost.
Source: La Voix du Nord.

Source: Woods Hole Research Center

Effets de la fonte du permafrost sur le réseau routier en Alaska (Photo : C. Grandpey)

 

Sibérie : Accélération de la fonte du permafrost // Siberia : Permafrost melting is accelerating

Pendant les cours de géographie de mon adolescence, les professeurs m’ont toujours appris que la Sibérie est la région du monde où le sol est gelé en permanence. Aujourd’hui, les informations en provenance de Russie nous indiquent que ce permafrost – ou pergélisol – est en train de fondre à une vitesse incroyable, avec des conséquences désastreuses pour l’environnement.

En République de Sakha, également appelée Yakoutie, dans le nord-est de la Sibérie, le réchauffement climatique provoque la fonte de sols jusqu’ici gelés toute l’année. La totalité de cette république grande comme 72 fois la Suisse, repose sur un permafrost d’une épaisseur dépassant parfois 1000 mètres. Où que l’on creuse le sol, même pendant le bref été sibérien, on atteint – ou plutôt on atteignait – une terre dure comme du béton. Aujourd’hui, la couche active, autrement dit celle qui est dégelée, descend jusqu’à 3 mètres de profondeur.

Les conséquences de ce dégel accéléré sont très spectaculaires: déformation du sol, érosion ultra rapide des berges de l’Océan Arctique, inondations, apparition de marais et de lacs engloutissant les pâturages, «forêts ivres» où les arbres s’inclinent de manière chaotique, réveil de microbes et bactéries centenaires capables de déclencher des épidémies .

La fonte du permafrost est visible jusqu’en milieu urbain. A Yakoutsk, la capitale de la région, le pergélisol offrait une fondation parfaite aux bâtiments. Toutes les constructions sont édifiées sur des pilotis plantés dans le pergélisol. Un espace de 1 à 2 mètres est laissé vide entre le rez-de-chaussée et le sol pour que la chaleur des habitations ne fasse pas fondre le sol qui les supporte, et afin que l’air glacial refroidisse la couche active. Jusqu’en 2000, la norme obligeait les constructeurs à planter des pilotis de 8 mètres pour les immeubles. Cela signifie qu’aujourd’hui, pendant plusieurs mois, ces constructions ne sont plus maintenues que sur les 5 derniers mètres. Les conséquences sont faciles à imaginer: des fissures lézardent des dizaines de bâtiments construits à l’époque soviétique et certains bâtiments se sont déjà effondrés. Officiellement, 331 constructions ont été déclarées «inutilisables» par les autorités. Seules 165 seront effectivement détruites, faute de financement. La presse locale a également signalé des affaissements de terrain durant l’été dernier.

Pour pallier le plus urgent, un système de thermosiphons en forme de Y a été installé le long des immeubles les plus menacés. Un thermosiphon est un dispositif de refroidissement qui abaisse la température du sol en faisant circuler un fluide caloporteur contenu dans une canalisation insérée dans le sol. Les thermosiphons ressemblent à des radiateurs inversés dont le pied est planté dans le sol.

Les maisons et les immeubles ne sont pas les seuls à souffrir de la fonte du permafrost. En devenant instable et mouvante, la couche active fait aussi se gondoler les voies de chemin de fer et les routes, phénomène que j’ai signalé à propos de la ville de Bethel, dans le nord de l’Alaska. Plus grave, les déformations subies par les gazoducs et les oléoducs occasionnent des fuites et donc une pollution  Cette situation a été observée dans la Péninsule de Yamal où des techniques innovantes sont constamment mises en oeuvre pour faire face à ce problème.

Le réchauffement climatique est très marqué dans le Grand Nord où la température actuelle dépasse de 3°C celle d’il y a trente ans. Cette hausse du mercure engendre des cercles vicieux dans un milieu très fragile. Le climat n’est plus aussi sec qu’autrefois. Au lieu de 40 mm de précipitations par an, on enregistre de nos jours une pluviométrie pouvant atteindre 80 mm en une seule journée. En conséquence, l’intensité des inondations est décuplée. Celles qui accompagnent habituellement la fonte des neiges à la fin du mois de mai, accélèrent l’érosion des bords de rivière. Une seconde vague d’inondations survient fin juillet à cause des pluies anormales. Le troisième épisode à la fin août est le plus sévère. Il est provoqué par les lacs qui débordent, avec des eaux noires résultant de la fonte du pergélisol, juste avant le retour de l’hiver. Les habitations n’ont pas le temps de sécher que le gel survient et tout doit être abandonné. Il n’y a pas de budget pour aider la population et le gouvernement de la République de Sakha n’est pas préparé pour ce genre de catastrophe.

Comme je l’ai indiqué à propos de l’Alaska, la fonte du permafrost affecte particulièrement la toundra qui couvre le nord de la Yakoutie. Dans le sud, la taïga résiste mieux au changement climatique mais, comme dans le Yukon canadien, on rencontre des « forêts ivres », avec des arbres qui s’inclinent dans tous les sens car leurs racines ne sont plus maintenues en place par le sol gelé. La taïga est également menacée par les incendies et par les coupes de bois excessives à des fins commerciales.

Avec la fonte du permafrost, on redoute le retour de microbes et de bactéries centenaires, voire millénaires. Toutefois, à part une épidémie d’anthrax signalée dans le nord de la Sibérie, le phénomène ne s’est pas vérifié.

Source : The Siberian Times.

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During the geography classes of my adolescence, teachers always taught me that Siberia was the region of the world where the ground was frozen permanently. Today, news reports from Russia tell us that the is melting at an incredible rate, with disastrous consequences for the environment.
In the Sakha Republic, also known as Yakutia, in north-eastern Siberia, global warming is causing the melting of soils that used to be frozen all year round. The totality of this republic, which is 72 times as large as Switzerland, rests on a permafrost of a thickness sometimes exceeding 1000 metres. Wherever one digs the ground, even during the brief Siberian summer, one reaches – or rather used to reach – a ground as hard as concrete. Today, the active layer, the one that is thawed, goes down to 3 metres deep.
The consequences of this accelerated thaw are very dramatic: deformation of the soil, ultra rapid erosion of the shores of the Arctic Ocean, floods, appearance of marshes and lakes engulfing pastures, « drunken forests » where the trees are bowing in a chaotic manner, awakening of century-old microbes and bacteria capable of triggering epidemics.
The melting of permafrost can be seen in urban areas. In Yakutsk, the capital of the region, the permafrost provided a perfect foundation for the buildings. All constructions are built on stilts planted in permafrost. A space of 1 to 2 metres is left empty between the groundfloor and the ground so that the heat of the houses does not melt the soil which supports them, and so that the icy air may cool the active layer. Until 2000, builders were required to plant 8-metre piles for the buildings. This means that today, for several months, these constructions are only maintained on the last 5 metres. The consequences are easy to imagine: fissures crack dozens of buildings built during the Soviet era and some buildings have already collapsed. Officially, 331 buildings were declared « unusable » by the authorities. Only 165 will actually be destroyed, for lack of funding. The local press also reported land subsidence last summer.
To overcome the most urgent situations, a Y-shaped thermosyphon system has been installed along the most endangered buildings. A thermosyphon is a cooling device that lowers the temperature of the soil by circulating a heat transfer fluid contained in a pipeline inserted in the ground. Thermosyphons look like inverted radiators whose feet are planted in the ground.
Houses and buildings are not the only ones to suffer from the melting of permafrost. As it is becoming unstable, the active layer is also distorting railroads and roads, a phenomenon I reported about the city of Bethel in northern Alaska. More serious, the deformations suffered by pipelines cause leaks and therefore pollution This situation was observed in the Yamal Peninsula where innovative techniques are constantly implemented to deal with this problem.
Global warming is very pronounced in the Far North, where the current temperature is 3 ° C higher than thirty years ago. This rise in temperatures creates vicious circles in a very fragile environment. The climate is not as dry as before. Instead of 40 mm of rainfall per year, rainfall today can reach up to 80 mm in one day. As a result, flood intensity is increased tenfold. The floods that usually accompany the melting of snow at the end of May, accelerate the erosion of river banks. A second wave of flooding occurs at the end of July due to abnormal rains. The third episode in late August is the most severe. It is caused by lakes that overflow, with black water resulting from melting permafrost, just before the return of winter. Houses did not have time to dry when the frost occurs and everything has to be abandoned. There is no budget to help the people and the government of the Republic of Sakha is not prepared for this kind of disaster.

As I put it about Alaska, permafrost melting affects the tundra that covers northern Yakutia. In the south, the taiga is more resilient to climate change but, as in the Canadian Yukon, there are « drunken forests », with trees bowing in all directions because their roots are no longer held in place by the frozen soil. The taiga is also threatened by fires and excessive logging for commercial purposes.
With the melting of permafrost, scientists fear the return of century-, or even millennium-old microbes and bacteria. However, apart from an outbreak of anthrax reported in northern Siberia, the phenomenon has not been confirmed.
Source: The Siberian Times.

Exemple d’immeuble construit sur pilotis à cause du permafrost (Crédit photo: Wikipedia)

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