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Divulgation proactive Version imprimable   | |  Pergélisol Pergélisol et changements climatiques
Les recherches de la CGC sur le pergélisol et les changements climatiques sont axées sur les activités suivantes: cartographie à l'échelle nationale de la sensibilité, études régionales dans la vallée du Mackenzie, travaux de surveillance et de modélisation, évaluation des incidences du réchauffement du pergélisol et adaptation. L'équipe de recherche a récemment produit un document qui met en lumière les études en cours et proposées, lesquelles sont résumées suivant quatre grands thèmes de recherche: Processus physiques, Régimes thermiques, Sources et puits de carbone, et Nouvelles initiatives. [Cliquez sur l'onglet pour voir une image plus grosse, avis]
Le pergélisol est un phénomène thermique - car sa formation et sa persistance ou disparition dépendent très étroitement du climat. Sa répartition, sa température et son épaisseur réagissent aux changements du milieu naturel et aux perturbations anthropogènes, engendrant une modification du régime thermique du sol. Des modifications de la température de l'air et/ou de la précipitation ou des perturbations de surface consécutives au défrichement de la végétation, à l'enlèvement de la couche organique isolante, à des feux de forêt, à la migration des chenaux de rivière ou à l'érosion des berges peuvent tous engendrer une modification du régime thermique du sol. L'interaction entre le climat au-dessus du sol et le climat sous la surface est complexe et dépendante de facteurs multiples, dont plusieurs sont sensibles aux changements climatiques. Les changements du climat au-dessus du sol sont en général amortis sous la surface du sol en raison de l'effet isolant de la végétation, des matières organiques et de la couverture neigeuse. Il y a généralement un décalage entre les changements de température à la surface du sol et les changements en profondeur dans le pergélisol; dans le cas d'un pergélisol épais ce décalage peut être de l'ordre de centaines à des milliers d'années, dans celui d'un pergélisol mince de l'ordre d'années ou de décennies. Les programmes actuels de surveillance de la CGC dans la région du Mackenzie s'articulent autour de l'interaction entre pergélisol et climat. Le pergélisol existant aujourd'hui n'est pas toujours en équilibre avec le climat actuel. Le pergélisol extracôtier sous la mer de Beaufort est épais de plusieurs centaines de mètres et a été formé lorsque la plate-forme continentale était exposée à de l'air froid pendant la dernière glaciation. Ce pergélisol est présentement en déséquilibre avec la température de l'eau de la mer de Beaufort et est en voie de lente dégradation. La présence de pergélisol à la lisière sud de la zone discontinue est étroitement associée à la nature des tourbières, les marais tourbeux recouvrant du pergélisol et les marais non tourbeux étant non gelés. Dans la haute vallée du Mackenzie, un pergélisol de plusieurs mètres d'épaisseur sous des plateaux tourbeux est en déséquilibre avec le climat actuel et disparaît progressivement en raison du réchauffement climatique depuis le petit âge glaciaire. La présence de la végétation tourbeuse isolante, qui réduit le taux de dégradation du pergélisol, influe considérablement sur celui-ci.
Les modèles de circulation générale prédisent qu'à la suite d'un doublement de la concentration atmosphérique de dioxyde de carbone par des sources anthropogènes, la température annuelle moyenne de l'air pourrait s'accroître de plusieurs degrés au-dessus de l'Arctique. Dans la région du pergélisol discontinu, où la température du sol est inférieure de 1-2 degrés au point de fusion, le pergélisol disparaîtra probablement en fin de compte consécutivement à des changements thermiques dans le sol associés au réchauffement climatique global. Là où le contenu en glace est élevé, cette dégradation du pergélisol engendrera à son tour des incidences physiques. Les sols présentant un potentiel d'instabilité à l'occasion du dégel (tassement dû au dégel, reptation ou mouvement de pente) constituent la principale source d'inquiétude. De telles instabilités sont susceptibles de se répercuter sur les paysages, les écosystèmes et les infrastructures. Il est nécessaire d'évaluer les incidences des changements climatiques sur le pergélisol afin de déterminer si des mesures d'adaptation seront requises.
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La sensibilité du pergélisol au réchauffement climatique est une composante d'une série de synthèses nationales sur les réactions géologiques aux changements climatiques, synthèses présentement en voie d'élaboration par la Commission géologique du Canada. Les études antérieures ont prédit les limites d'équilibre de la zone à pergélisol, dans le cas d'un doublement de la concentration en CO2, en admettant une augmentation spatialement uniforme de la température de la surface du sol qui soit de même magnitude que celle prédite pour la température de l'air selon des scénarios de réchauffement spécifiques. L'étude la CGC analyse la sensibilité du pergélisol au réchauffement en considérant les principaux facteurs déterminant la réaction du régime thermique du pergélisol au réchauffement ainsi que les incidences de toute fonte éventuelle du pergélisol. On a eu recours aux techniques du Système d'information géographique (SIG) afin de produire des cartes permettant de classifier les régions selon 1) la réaction thermique au réchauffement - taux et magnitude relatifs des changements de température du sol et 2) la réaction physique - magnitude relative des incidences de la fonte du pergélisol. Une carte définitive combinera ensuite ces deux composantes en un indice de sensibilité unique. Voir affiche [PDF, 3.6 Mo, lecteur] (anglais seulement)
Au cours du siècle dernier, l'Ouest des T.N.-O. a subi la plus forte augmentation de la température de l'air dans l'ensemble du Canada (1,7°C). La température d'une bonne partie du pergélisol est très proche du point de fusion de la glace; or les processus déclenchés par la fonte de la glace souterraine sont sensibles au réchauffement, en particulier là où la proportion de glace est élevée et où il y a possibilité d'instabilité du sol par dégel. L'interaction entre le climat atmosphérique et le climat souterrain est complexe et tributaire de nombreux facteurs, dont plusieurs sont susceptibles d'être modifiés par les changements globaux.
La région à pergélisol discontinu est déjà en grande partie en déséquilibre avec le climat actuel et réagit encore aux changements du siècle dernier. En effet, le pergélisol est dynamique et réagira si le climat continue à changer comme prévu dans les années et décennies à venir. La CGC a mis sur pied un réseau de sites de recherche dans la vallée du Mackenzie afin de surveiller les incidences des changements climatiques sur les températures dans le sol et sur la couche active. Ces recherches amélioreront notre compréhension des interactions pergélisol-climat et accroîtront notre capacité à prévoir la réaction du pergélisol aux futurs changements climatiques. Toutefois, il importe en outre de mieux comprendre la façon dont des processus tels que le transport fluviatile des sédiments, les mouvements de pente et la subsidence du sol seront également modifiés par les changements climatiques. Cette compréhension est nécessaire au développement et à la conception adéquats des infrastructures dans le Nord. Dans le but de répondre aux préoccupations sur les effets d'un réchauffement climatique global, la vallée du Mackenzie a été désignée comme une des trois régions sélectionnées pour le programme de la CGC intitulé "Integrated Research and Monitoring Area" (IRMA) ["Région de recherche et de surveillance intégrées" (RRSI)]. L'objectif de ce programme est d'identifier les régions du Canada où les conditions géologiques sont particulières ainsi que les processus qui sont particulièrement sensibles au réchauffement climatique, et de déterminer les réactions de ces conditions et processus aux changements climatiques. Plus particulièrement, l'objectif de l'IRMA du Mackenzie est de reconstituer le climat depuis la fin de l'âge glaciaire laurentidien (~ 13 000 années BP) en s'appuyant sur les rapports entre climat et végétation, de produire des cartes de la répartition du pergélisol et de la glace souterraine et de déterminer la sensibilité des processus qui modifient le paysage au réchauffement climatique. Le Rapport IRMA sur la vallée du Mackenzie est une synthèse des informations sur le pergélisol dans la vallée du Mackenzie.
Les activités de surveillance sont d'importance essentielle pour décrire et cartographier dans l'espace et le temps les conditions du pergélisol, pour améliorer notre compréhension des rapports entre pergélisol et climat et pour obtenir des données permettant de valider les modèles de répartition spatiale et leurs prédictions. Les sites de surveillance du pergélisol de la CGC sont concentrés dans la vallée du Mackenzie et son delta. Quelques sites supplémentaires sont situés ailleurs dans le Nord, par exemple à Baker Lake, Nunavut où il y a collaboration avec la communauté locale et avec l'Université de Toronto, et à Alert (île d'Ellesmere, Nunavut), où il y a collaboration avec le Ministère de la défense nationale. La surveillance du pergélisol à Alert a débuté en 1978, et représente non seulement un des plus longs programmes au Canada, mais aussi les sites les plus nordiques du monde. Voir affiche [ZIP, 3.5 Mo] intitulée "GSC Monitoring Activites in the Western and High Arctic". (anglais seulement)
Un projet de Cartographie nationale de la sensibilité examine les incidences thermiques et physiques (tassement dû au dégel), alors que les études régionales dans la vallée du Mackenzie examinent en outre les processus géomorphiques. Les études sur les processus abordent non seulement l'association avec le climat actuel et la réaction aux conditions climatiques futures, mais comprennent également des recherches paléo-environnementales. Les techniques de modélisation et de cartographie basées sur le SIG qui sont en voie de développement et de validation pour la vallée du Mackenzie sont actuellement appliquées à la prédiction régionale de la répartition et de l'épaisseur d'équilibre du pergélisol selon divers scénarios de réchauffement climatique.
On a également entrepris la modélisation transitoire unidimensionnelle pour un site spécifique à quelques sites sélectionnés de la vallée afin d'évaluer la magnitude des modifications de la température du sol, le taux d'accroissement de la profondeur du dégel et le tassement associé dû au dégel. Un projet pilote a récemment été mis sur pied afin d'ébaucher l'évaluation des changements climatiques sur le pergélisol dans les communautés nordiques et de la sensibilité des infrastructures aux phénomènes associés d'accroissement de la température du sol, d'épaississement de la couche active et de dégradation du pergélisol. Les profondeurs de fonte prédites montré ci-dessus sont tracées en fonction du temps pour trois régimes de changement climatique: un changement de température en augmentation linéaire, un changement en augmentation exponentielle et un changement linéaire avec augmentation de 10% des précipitations de neige. Les tracés illustrent le taux d'accroissement de la profondeur de fonte annuelle maximale au cours de la période de simulation de 50 ans. Dans tous les cas, le taux de changement de la profondeur de fonte est très faible pendant les 10 à 20 premières années de simulation. Cette observation donne à penser que la détection des premières incidences du réchauffement par surveillance de la profondeur de fonte est peut-être difficile, en particulier si l'on tient compte des variations saisonnières et si l'on a affaire à des températures de pergélisol proches de 0°C, où la chaleur associée aux changements de phase joue un rôle important dans le régime thermique du sol. État Actuel du Pergélisol au Canada Climate Change Indicators -Permafrost [PDF, 18.4 ko, lecteur] Documents sur la réaction de la couche active et du pergélisol au réchauffement pendant 1998:
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