Depuis la fenêtre d’un avion de recherche Gulfstream III de la NASA, l’Alaska ressemble à une nature sauvage intacte par les humains. La terre est couverte d’une végétation luxuriante et verte et parsemée de lacs bleu vif. Des montagnes enneigées s’élancent vers le ciel et des rivières couleur lait chocolat serpentent à travers le paysage. Les signes évidents de l’activité humaine – villes, routes, infrastructures – sont difficiles à repérer.
Mais en y regardant de plus près, quelques indices de changements induits par l’homme apparaissent à l’œil. Poches de terre englouties. Arbres anormalement inclinés. Étangs là où il y avait autrefois un sol sec. À travers les yeux des scientifiques qui collectent des données au sol et dans les airs, le signal est clair : l’Arctique est plus touché par le changement climatique que la plupart des endroits sur Terre. Depuis 2015, les scientifiques participant à l’expérience sur la vulnérabilité boréale arctique de la NASA (Au dessus) ont étudié les impacts du changement climatique sur les régions de l’extrême nord de la Terre et la manière dont ces changements sont liés.
« ABoVE est une étude à grande échelle du changement environnemental, pas seulement du changement climatique », a déclaré Peter Griffith, chercheur sur le cycle du carbone au Goddard Space Flight Center de la NASA à Greenbelt, Maryland, et l’un des dirigeants d’ABoVE. « Et nous le faisons comme seule la NASA peut le faire : en étudiant cette région de la feuille à l’orbite. »
Les campagnes précédentes sur le terrain et par voie aérienne se concentraient sur des éléments tels que les changements dans la couverture végétale et la modification des schémas de migration des animaux. À l’été 2022, l’équipe a enquêté sur le dégel du pergélisol, les émissions de méthane des lacs et les effets des incendies de forêt en Alaska et dans le nord-ouest du Canada. Ils l’ont fait avec des instruments observant depuis des avions de recherche et avec des scientifiques collectant des mesures au sol.
Étudier les changements arctiques depuis l’air et l’espace
L’un des éléments clés d’ABoVE est la campagne aéroportée, qui utilise des avions de recherche comme le Avion Gulfstream III de la NASA. Cette année, l’avion a été équipé d’un radar à synthèse d’ouverture pour véhicule aérien inhabité, ou UAVSARqui envoie des impulsions d’ondes radio qui se reflètent sur la surface de la Terre et donnent aux scientifiques une idée précise de la forme des surfaces terrestres et aquatiques en dessous, même en regardant à travers les nuages ou la végétation épaisse.
Chaque année, les membres de l’équipe ABoVE survolent leurs sites de terrain, ainsi que les cicatrices de brûlures de feux de forêt et d’autres zones d’intérêt scientifique, leur permettant de comparer les mesures prises à la fois depuis l’air et depuis le sol. Ils revisitent également les sites d’année en année pour voir comment les paysages évoluent dans le temps.
UAVSAR est similaire à l’instrument principal d’un satellite à venir. La Satellite NASA-ISRO (NISAR) sera une mission conjointe entre l’Organisation indienne de recherche spatiale et la NASA pour observer la terre et la glace de la Terre. NISAR fait également partie du programme à venir de la NASA Observatoire du Système Terre.
« ABoVE et UAVSAR donnent à la communauté des chercheurs un très bon exemple de ce à quoi ressembleront les données NISAR et du type de science qu’ils peuvent extraire de ces ensembles de données », a expliqué Franz Meyer, membre de l’équipe scientifique NISAR qui est également le scientifique en chef de l’Alaska. Installation satellite à Fairbanks.
NISAR collectera des données à l’échelle mondiale et tout au long de l’année, permettant à des groupes de recherche comme l’équipe ABoVE d’étudier des processus critiques – le développement de points chauds d’émission de méthane, comment et où le pergélisol dégèle, les conséquences à long terme des incendies de forêt – même lorsqu’ils ne peuvent pas être là en personne.
Avec des scientifiques sur le terrain et des avions de recherche dans le ciel, une équipe de scientifiques de la mission ABoVE de la NASA travaille à décoder les secrets de l’Arctique. Crédit : NASA / Katie Jepson
Le dégel du pergélisol crée de nouveaux lacs, de nouveaux points chauds de méthane
Le pergélisol – des couches de sol qui sont restées gelées pendant au moins deux ans – sous-tend une grande partie de l’Alaska et du nord-ouest du Canada. Dans certaines régions, en particulier dans le cercle polaire arctique, le paysage est riche en pergélisol. Dans d’autres, ce sol gelé se trouve en plaques. Quoi qu’il en soit, il est resté gelé pendant des milliers d’années.
Mais à mesure que notre planète se réchauffe, le pergélisol fond à un rythme accéléré. Cela modifie la forme et la végétation des paysages et, dans certains cas, crée de nouveaux étangs et lacs qui sont également des points chauds pour les émissions de gaz à effet de serre.
Lorsque la couche dure et gelée de pergélisol se réchauffe, elle se transforme en un sol plus mou et plus spongieux. Ce sol mou coule et peut endommager les routes, les maisons et les autres infrastructures qui se trouvent dessus. Dans certaines régions comme l’intérieur de l’Alaska, la couche de pergélisol contient également de gros morceaux de glace. Au fur et à mesure que le pergélisol dégèle et que cette glace fond, les gouffres qui en résultent peuvent se remplir d’eau de fonte et former de nouveaux étangs et lacs.
Les températures plus chaudes qui provoquent le dégel du pergélisol augmentent également l’activité des microbes qui digèrent les plantes mortes et d’autres matières organiques décongelées. Cette décomposition microbienne libère du méthane, un puissant gaz à effet de serre qui bouillonne à la surface du lac et pénètre dans l’atmosphère.
Ce processus de dégel se produit partout en Alaska et dans le nord-ouest du Canada, qui compte déjà des millions de lacs et d’étangs. Mais la plupart de ces lacs ont des centaines ou des milliers d’années, ce qui signifie que les microbes n’ont plus de matière organique à décomposer et que les lacs ne libèrent plus de quantités importantes de méthane.
En 2022, l’équipe ABoVE a examiné de près Big Trail Lake, juste à l’extérieur de Fairbanks. « Les lacs comme Big Trail sont nouveaux, jeunes et importants car ils sont ce qui va se passer à l’avenir alors que le climat change et que le pergélisol dégèle », a déclaré Katey Walter Anthony, écologiste à l’Université d’Alaska-Fairbanks travaillant avec l’équipe ABoVE. .
Les incendies arctiques et boréaux deviennent de plus en plus extrêmes
Les observations d’une année à l’autre du ciel et du sol sont particulièrement importantes pour comprendre l’évolution des impacts des feux de forêt sur le paysage arctique et boréal. Les incendies font depuis longtemps partie intégrante de ces écosystèmes. Mais à mesure que le climat de la Terre change, les incendies de forêt dans ces régions deviennent plus importants, plus fréquents et plus graves. Cela peut rendre difficile la récupération des écosystèmes après un incendie, ce qui modifie les plantes qui repoussent et accélère le dégel du pergélisol.
Les incendies en Alaska et dans le nord-ouest du Canada peuvent être différents de ceux des États-Unis continentaux. Parfois, le sol lui-même brûle, car la couche molle et tourbeuse de sol et de matière organique au-dessus de la couche de pergélisol est inflammable. De plus, les incendies dans les régions éloignées sont généralement laissés à s’éteindre à moins qu’ils ne menacent les maisons ou d’autres infrastructures. Cela donne aux scientifiques une « expérience naturelle » pour voir comment le feu suit son cours.
« Ces feux de toundra sont si rares que nous n’avons pas toujours une excellente occasion de les étudier », a déclaré Liz Hoy, chercheuse sur les feux de forêt à la NASA Goddard et l’une des principales scientifiques d’ABoVE.
Depuis plusieurs années, l’équipe ABoVE survole les feux de végétation récents. Par exemple, l’équipe a survolé le site de l’incendie de Shovel Creek en 2019 et de l’incendie de Yankovich Road en 2021 avant et après leur incendie. Ces vols répétés permettent aux scientifiques de voir l’impact immédiat des incendies de forêt et comment les écosystèmes réagissent. Cette année, l’équipe a survolé le site de l’incendie de Contact Creek, qui a brûlé fin mai 2022 dans une toundra largement dénudée près du parc national de Katmai en Alaska.
L’équipe ABoVE s’intéresse non seulement aux impacts locaux sur les écosystèmes, mais également à la manière dont les incendies peuvent être causés ou contribuer au changement climatique.