Les mystérieux cratères apparus pour la première fois dans le pergélisol sibérien il y a dix ans ont été causés par des changements de pression induits par le changement climatique, qui ont libéré de manière explosive du méthane gelé sous terre, rapporte une nouvelle étude. La recherche offre une nouvelle vision des origines des cratères observés pour la première fois dans la péninsule russe de Yamal en 2014.
La nouvelle étude révèle que la géologie inhabituelle de la région, associée au réchauffement climatique, a déclenché un processus qui a conduit à la libération de méthane à partir des hydrates de méthane présents dans le pergélisol.
« Il existe des conditions très, très spécifiques qui permettent à ce phénomène de se produire », a déclaré Ana Morgado, ingénieur chimiste à l’Université de Cambridge et l’un des auteurs de l’étude. « Nous parlons d’un espace géologique très spécialisé. »
La recherche a été publié dans Lettres de recherche géophysique.
Le cas de l’explosion du pergélisol
La péninsule de Yamal est une masse terrestre de basse altitude qui s’avance dans la mer de Kara depuis le centre-nord de la Russie. En 2014, des rapports faisaient état d’un cratère d’environ 70 mètres (230 pieds) de diamètre à son point le plus large, apparu soudainement dans le pergélisol. Au cours de la décennie suivante, d’autres cratères ont été découverts à la fois sur la péninsule de Yamal et sur la péninsule voisine de Gydan.
De nombreuses explications concernant les cratères ont émergé au cours des 10 dernières années, attribuant les explosions à une accumulation de méthane sous terre due à la fonte du permafrost, ou à la proximité des cratères avec des réserves de gaz naturel.
Mais les auteurs ont découvert que le réchauffement du pergélisol ne suffirait pas à lui seul à provoquer une explosion. La nouvelle explication indique que le réchauffement de la surface entraîne un changement rapide de pression dans les profondeurs du sol, provoquant la libération de méthane explosif.
« Nous savions que quelque chose provoquait la décomposition de la couche d’hydrate de méthane », a déclaré Morgado. « C’est un peu comme un travail de détective. »
L’osmose provoque des explosions
Les chercheurs ont résolu l’énigme de fond en comble, en se penchant d’abord sur une question fondamentale : les explosions étaient-elles provoquées par des processus physiques ou chimiques ?
« Il n’y a que deux manières de provoquer une explosion », a déclaré Julyan Cartwright, géophysicien au Conseil national espagnol de la recherche et l’un des auteurs de l’étude. « Soit une réaction chimique se produit et vous avez une explosion, comme si de la dynamite explosait, soit vous gonflez le pneu de votre vélo jusqu’à ce qu’il explose, c’est la physique. »
Dans ce cas, a-t-il déclaré, il n’y avait aucune preuve que les explosions étaient causées par des réactions chimiques, elles devaient donc avoir une source physique. « Et puis vous devez réfléchir : quelle est la pompe qui gonfle le pneu de votre vélo ? » dit-il.
Les auteurs disent que la pompe était une osmose, c’est-à-dire la manière dont un fluide se déplace pour égaliser la concentration des substances dissoutes. L’eau salée est un exemple classique. S’il existe une barrière permettant à l’eau de passer, mais pas au sel, la pression peut s’accumuler du côté salé à mesure que l’eau y coule.
Le pergélisol épais et argileux de la péninsule de Yamal agit comme une barrière osmotique et le réchauffement est en train de la modifier. Cette couche de 180 à 300 mètres (590 à 980 pieds) d’épaisseur reste gelée en permanence tout au long de l’année. Une « couche active » de terre végétale au-dessus dégèle et recongèle de façon saisonnière.
Disséminées dans la toundra et prises en sandwich dans le pergélisol, se trouvent des couches inhabituelles d’un mètre d’épaisseur d’eau non gelée à haute salinité appelées crypogegs, maintenues liquides par une combinaison de pression et de salinité. Sous les cryopegs se trouve une couche de solides cristallisés méthane-eau, appelés hydrates de méthane, qui sont maintenus stables par haute pression et basse température.
Mais les températures plus chaudes déstabilisent ces couches. Le changement climatique a provoqué la fonte et l’expansion de la couche active vers le bas jusqu’à ce qu’elle atteigne le cryopeg, libérant de l’eau qui se déplace via la pression osmotique dans le cryopeg, ont découvert les chercheurs.
Mais il n’y a pas assez d’espace dans la cryopeg pour retenir l’eau de fonte supplémentaire forcée par l’osmose, donc la pression augmente. La pression croissante crée des fissures dans le sol qui remontent du cryopeg vers la surface. Le gradient de pression s’inverse alors : le sol fissuré provoque une chute brutale de pression en profondeur. Ce changement de pression endommage les hydrates de méthane situés sous le cryopeg, ce qui provoque une libération de méthane et une explosion physique.
La période précédant l’explosion peut durer des décennies, selon l’étude. Cette chronologie correspond au réchauffement climatique croissant à partir des années 1980.
La nouvelle explication dépend de la manière dont le réchauffement climatique et la géologie de la région interagissent pour créer ces explosions, uniques à la péninsule de Yamal.
« Cela pourrait être un phénomène très rare », a déclaré Morgado. « Mais la quantité de méthane libérée pourrait avoir un impact assez important sur le réchauffement climatique. »
Plus d’informations :
Ana MO Morgado et al, L’osmose entraîne des explosions et des rejets de méthane dans le pergélisol sibérien, Lettres de recherche géophysique (2024). DOI : 10.1029/2024GL108987