Lorsque le pergélisol dégèle, l’eau peut s’écouler plus rapidement dans le sol, créant un système d’écoulement souterrain complexe. Des chercheurs de l’Observatoire environnemental de Barrow en Alaska ont pu mieux comprendre ce processus en prenant des mesures quotidiennes de la résistivité électrique du sol. Les résultats montrent que la végétation et le manteau neigeux qui s’accumule sur la végétation en hiver contrôlent les températures du sol et l’écoulement de l’eau dans le sol. Là où la neige s’accumule, la température du sol reste plus chaude et l’eau et l’énergie provenant de la fonte des neiges et de la pluie peuvent s’écouler rapidement à travers le sol. Là où le manteau neigeux est mince, les températures du sol sont plus froides, ce qui empêche l’écoulement de l’eau.
La mise en évidence du lien entre les propriétés et les processus aériens et souterrains dans l’Arctique aidera à améliorer les prédictions des scientifiques sur la relation entre l’Arctique et le changement climatique plus large. Les résultats montrent également que les systèmes arctiques changent rapidement et que le pergélisol du site d’étude de l’équipe de recherche pourrait disparaître au cours de la prochaine décennie. Des changements dans la distribution de l’enneigement et les régimes de précipitations pourraient accélérer ce processus.
Le changement climatique provoque des changements rapides dans les écosystèmes de l’Arctique, mais les scientifiques n’ont pas recueilli suffisamment de données nécessaires pour démêler les processus souterrains complexes associés à ces changements. À l’aide de la détection géophysique et in situ, les chercheurs ont comblé une lacune d’observation associée à la dynamique thermohydrologique dans les systèmes de pergélisol discontinus.
Les chercheurs ont recueilli des données sur plus de deux ans de surveillance et ont pu découvrir les effets de la végétation, de la topographie et de la répartition de l’épaisseur de la neige sur les propriétés et les processus thermohydrologiques du sous-sol. Une grande accumulation de neige près des grands arbustes isole le sol et permet un flux de chaleur rapide et descendant, tandis qu’un manteau neigeux plus mince au-dessus des graminées et des carex à faible graminoïde entraîne un gel superficiel et empêche l’eau de s’infiltrer dans le sous-sol.
En analysant les perturbations à court terme telles que la fonte des neiges ou les fortes pluies, l’équipe de recherche a découvert que l’écoulement latéral pourrait être un facteur déterminant dans la formation d’un talik, une couche souterraine dans le pergélisol qui reste non gelée toute l’année. Des mesures interannuelles indiquent que les températures du pergélisol profond ont augmenté d’environ 0,2 degrés centigrades en deux ans.
Les résultats de cette étude, qui suggèrent que les processus neige-végétation-subsurface sont étroitement couplés, amélioreront les prédictions de la rétroaction de l’Arctique sur le changement climatique, y compris la façon dont la thermohydrologie souterraine influence les flux de dioxyde de carbone et de méthane.
L’étude est publiée dans le Lettres de recherche géophysique.
S. Uhlemann et al, La surveillance géophysique montre que l’hétérogénéité spatiale dans la dynamique thermohydrologique remodèle un système de pergélisol transitionnel, Lettres de recherche géophysique (2021). DOI : 10.1029/2020GL091149