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Le réchauffement important de l’Arctique entraîne, en l’espace de quelques décennies, la formation de motifs polygonaux dans le pergélisol arctique et l’apparition de nouvelles rivières – une recette pour accélérer le dégel du pergélisol.
En raison du changement climatique, le pergélisol et les paysages de l’Arctique évoluent beaucoup plus rapidement qu’on ne le pensait jusqu’à présent. En l’espace de 60 ans seulement, le réseau fluvial qui traverse le paysage et le pergélisol sur l’île d’Axel Heiberg dans le Haut-Arctique canadien s’est fondamentalement modifié.
Une équipe de recherche internationale a documenté l’interaction entre le changement climatique, la dynamique de gel-dégel du sol polygonal et l’apport d’eau de surface par les inondations et la fonte de la neige et de la glace. Alors que les sources d’eau de surface dans les paysages de pergélisol sont généralement connues, il manquait encore, selon les chercheurs, une compréhension de la manière dont elles déterminent le moment et la vitesse de formation des cours d’eau et le développement des réseaux fluviaux.
Leurs recherches ont ouvert aux scientifiques une nouvelle perspective sur les facteurs physiques qui déterminent la vitesse et le modèle d’évolution des cours d’eau dans ces paysages fragiles.
« L’un des processus les plus importants que nous avons identifiés dans le développement des réseaux fluviaux est que leur évolution est influencée par la manière dont l’eau s’écoule à travers des champs de polygones d’environ 10 mètres de large, créés par le gel et le dégel du sol dans les régions arctiques », explique Shawn Chartrand, professeur assistant à l’École des sciences de l’environnement de l’Université Simon Fraser en Colombie-Britannique, Canada, et auteur principal de l’étude, dans un communiqué de presse de l’université. En outre, le moment, l’ampleur et la durée des inondations jouent un rôle, tout comme le fait que les particules de sédiments sous-jacentes soient gelées ou partiellement gelées.
Lors de leurs recherches sur le terrain, les chercheurs se sont concentrés sur la Muskox Valley sur Axel Heiberg. Après leurs observations de 2019, au cours desquelles ils ont également collecté des données LiDAR, ils ont recherché des enregistrements historiques de la région. Ils ont trouvé des photos aériennes datant de 1959 et les ont comparées à leurs propres observations afin de comprendre comment le paysage de l’île a évolué sur une période de 60 ans.
« Des processus physiques interdépendants peuvent approfondir les cours d’eau et élargir les réseaux fluviaux, créant ainsi une plus grande surface d’échange de chaleur, ce qui peut augmenter le dégel locale du pergélisol, explique Mark Jellinek, professeur de sciences de la Terre, de la mer et de l’atmosphère à l’université de Colombie-Britannique et co-auteur de l’étude. Ces effets en cascade peuvent amplifier la libération de gaz à effet de serre dans l’Arctique lorsque le carbone organique du sol dégèle et que le permafrost se retire ».
Un modèle numérique d’élévation (MNE), créé à partir des données LiDAR d’un tronçon de vallée de 400 mètres, a permis aux chercheurs de modéliser les mouvements de l’eau dans le paysage. Ils ont découvert que les crues qui s’écoulent à travers des vallées polygonales interconnectées augmentent la probabilité d’érosion et de formation de canaux, selon Chartrand.
Les inondations du lac de la vallée et la fonte saisonnière de la neige et de la glace au sol apportent de l’eau qui s’accumule en aval. L’eau permet le transport de sédiments à gros grains et la formation de systèmes de canaux le long du fond de la vallée. L’érosion des sols est souvent due à la fonte des glaciers, mais le moment où les inondations se produisent pendant le dégel peut influencer l’ampleur de l’érosion.
« Le réchauffement des températures de l’air joue un rôle ici, explique Chartrand. Nous pensons que l’érosion et le transport des sédiments dépendent du fait que les inondations se produisent avant ou après une période d’augmentation des températures de l’air, car cela influence la profondeur à laquelle les particules de sédiments sont dégelées, et donc si les particules sont transportées par les eaux d’inondation ».
Les chercheurs soulignent le besoin urgent d’utiliser de telles données d’observation pour développer des modèles physiques prédictifs. Ceux-ci aideraient à mieux comprendre comment les réseaux fluviaux de l’Arctique vont évoluer dans les décennies à venir si le réchauffement se poursuit et si les variations climatiques s’accentuent.
Outre la libération accrue de dioxyde de carbone et de méthane à partir du pergélisol qui dégèle plus rapidement, le transport de quantités plus importantes de sédiments, de nutriments et de métaux par des réseaux fluviaux en expansion dans des zones sensibles comme les captages d’eau et des pêcheries pourrait avoir des conséquences sur la faune et les populations des zones côtières.
Julia Hager, PolarJournal
Lien vers l’étude : Shawn M. Chartrand, A. Mark Jellinek, Antero Kukko et al. Haute incision du canal Arctique modulée par le changement climatique et l’émergence d’un sol polygonal. Nature Communications, 2023 ; 14 (1) DOI : 10.1038/s41467-023-40795-9
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