A Béthel, Alaska, les murs se fendent, les maisons s'effondrent, et la route principale ressemble à des montagnes russes pour enfants. Dans la ville côtière de Kongiganak, des cimetières en train de couler empêchent les Alaskiens d'enterrer leurs morts dans le sol. Le village de Shishmaref, situé sur une île à cinq milles de l'ouest de l'Alaska continental, s'est tellement érodée qu'elle envisage une délocalisation totale. Ces communautés sont en proie à un pergélisol qui fond.

Le pergélisol est un sol qui reste gelé pendant deux années consécutives ou plus. Il est composé de roche, sol, sédiments, et des quantités variables de glace qui lient les éléments entre eux. Une partie du pergélisol est gelée depuis des dizaines ou des centaines de milliers d'années.

Trouvé sous une couche de terre, le pergélisol peut mesurer de trois pieds à quatre pieds, 900 pieds d'épaisseur. Il stocke les restes carbonés de plantes et d'animaux qui ont gelé avant de pouvoir se décomposer. Les scientifiques estiment que le pergélisol mondial contient 1, 500 milliards de tonnes de carbone, presque le double de la quantité de carbone qui se trouve actuellement dans l'atmosphère.

Malheureusement, lorsque le pergélisol se réchauffe et dégèle, il libère du dioxyde de carbone et du méthane dans l'atmosphère. Au fur et à mesure que le thermostat global augmente, pergélisol, plutôt que de stocker du carbone, pourrait devenir une source importante d'émissions de chauffage de la planète.

Le pergélisol est déjà en train de dégeler à certains endroits, et si le problème s'étend, les scientifiques craignent que cela ne déclenche un processus incontrôlable de réchauffement climatique.

L'Arctique qui se réchauffe

Le pergélisol couvre environ 24 pour cent de la masse continentale exposée de l'hémisphère nord, soit environ 9 millions de miles carrés. On le trouve aux hautes latitudes et hautes altitudes, principalement en Sibérie, le plateau tibétain, Alaska, Nord canadien, Groenland, parties de la Scandinavie et de la Russie. Les plateaux continentaux sous l'océan Arctique, qui ont été exposés au cours de la dernière période glaciaire, contiennent également du pergélisol.

Cependant, les régions polaires et de haute altitude sont parmi les endroits les plus sensibles au climat de la planète. L'Arctique se réchauffe deux fois plus vite que le reste de la planète, à un taux de changement de température qui n'a pas été observé dans au moins les 2 derniers, 000 ans, selon la National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA). En 2016, les températures moyennes annuelles de surface étaient de 3,5 degrés Celsius plus élevées qu'elles ne l'étaient au début du 20e siècle. Cette année, les températures du pergélisol dans l'Arctique ont été les plus chaudes jamais enregistrées.

En Alaska, les températures du pergélisol se sont réchauffées jusqu'à 2˚C au cours des dernières décennies. Une étude récente prévoit qu'à chaque augmentation de 1˚C de la température, 1,5 million de miles carrés de pergélisol pourraient être perdus par dégel.

Quand le pergélisol dégèle

O. Roger Anderson, biologiste à l'Observatoire de la Terre Lamont-Doherty de l'Earth Institute, expliqué pourquoi le pergélisol libère du carbone lorsqu'il dégèle.

La « couche active » de sol au-dessus du pergélisol, qui peut être de deux à 13 pieds de profondeur, dégèle chaque été et peut soutenir la vie végétale. Cette couche libère du carbone des racines des plantes qui respirent du CO2, et des microbes du sol. Certains microbes décomposent la matière organique en CO2. Autres, appelé archée, produire du méthane à la place, lorsque les conditions sont anaérobies - lorsque le sol est saturé d'eau ou qu'il n'y a pas d'oxygène disponible. Le méthane est 20 à 30 fois plus puissant que le dioxyde de carbone pour exacerber le réchauffement climatique, mais il reste moins longtemps dans l'atmosphère.

Alors que le pergélisol dégèle, la couche active s'approfondit. Les microbes deviennent actifs et les racines des plantes peuvent pénétrer plus bas, entraînant la production de plus de CO2. La quantité de méthane générée dépend de la saturation du sol.

Les scientifiques ne connaissent pas les proportions relatives d'émissions de dioxyde de carbone et de méthane qui pourraient résulter du dégel à grande échelle du pergélisol, dit Anderson, car cela ne s'est jamais produit dans l'histoire de l'humanité. Cependant, les recherches sur la couche supérieure de la toundra (plaines sans arbres recouvrant le pergélisol) suggèrent que les émissions moyennes de dioxyde de carbone sont environ 50 fois plus élevées que celles du méthane.

"Et nous savons que pour chaque 10 degrés Celsius que le sol se réchauffe, l'émission de CO2 va doubler, ", a déclaré Anderson.

Une étude de 2017 a estimé que si les températures mondiales augmentaient de 1,5 °C au-dessus des niveaux de 1861, le dégel du pergélisol pourrait libérer de 68 à 508 gigatonnes de carbone. Sans tenir compte de l'activité humaine, ce carbone à lui seul augmenterait les températures mondiales de 0,13 à 1,69 °C d'ici 2300. Étant donné que nous avons peut-être déjà bloqué 1,5 °C de réchauffement au-dessus des niveaux préindustriels, cette quantité de réchauffement supplémentaire pourrait entraîner des impacts catastrophiques du changement climatique.

Même si un Arctique plus chaud pourrait abriter plus de plantes, et les plantes absorbent le dioxyde de carbone par photosynthèse, la nouvelle croissance ne devrait compenser qu'environ 20 pour cent de la libération de carbone du pergélisol.

Ce qui protège le pergélisol

Une chose qui protège le pergélisol des impacts du changement climatique est la tourbe, la végétation partiellement décomposée qui s'accumule dans des environnements saturés d'eau sans oxygène. Trouvé dans une grande partie du bas Arctique, la tourbe peut recouvrir ou englober toute la couche active ou être gelée sous forme de pergélisol.

Ben Gaglioti, chercheur postdoctoral à l'Observatoire de la Terre de Lamont-Doherty, ont étudié les enregistrements de sédiments lacustres dans le nord de l'Alaska pour déterminer la quantité de carbone libérée par le pergélisol en réponse aux périodes de réchauffement à la fin de la dernière période glaciaire. Il s'avère que le pergélisol était beaucoup plus sensible - ce qui signifie qu'il a libéré plus de carbone - lors des événements de réchauffement passés, avec progressivement moins de réponse au fil du temps. Au cours des 150 dernières années de réchauffement, il y a eu relativement peu de réponses.

"Notre hypothèse est que l'accumulation de matière organique ou de tourbe dans le bassin versant s'est produite en raison d'un climat relativement chaud et stable depuis l'ère glaciaire, " dit Gaglioti. " Cette tourbe, qui a commencé à s'accumuler autour de 13, il y a 000 ans, fait un excellent travail pour isoler le sol sous-jacent du dégel, donc nous pensons que cela tamponne le pergélisol."

Les modèles de Gaglioti montrent que la sensibilité du pergélisol sous-jacent dépend fortement de l'épaisseur de la tourbe. "Le sort du pergélisol sous-jacent repose en quelque sorte sur la stabilité de la couche de tourbe, " il a dit.

Un cycle irréversible ?

Les feux de forêt peuvent décoller la tourbe et rendre le pergélisol plus sensible au changement climatique, et on s'attend à ce qu'ils augmentent dans les régions de la toundra, dit Gaglioti. Des étés plus chauds et plus secs rendent la végétation plus combustible. Des températures plus chaudes entraînent également plus d'orages et de foudre qui peuvent déclencher des incendies de forêt.

Les incendies ne libèrent pas seulement du CO2 lorsqu'ils brûlent; après, le sol noirci absorbe plus de rayonnement solaire et se réchauffe davantage. Et une fois que le feu enlève la tourbe et la végétation qui ombragent le sol, le paysage peut devenir trop bien drainé pour régénérer la tourbe.

De nombreux scientifiques craignent que le dégel du pergélisol ne soit un point de basculement qui déclenche un cycle irréversible :lorsque le pergélisol libère son carbone sous forme de CO2 ou de méthane, ça va accélérer le réchauffement, qui précipitera alors plus de dégel du pergélisol, etc. Il n'y aura rien que les humains puissent faire pour l'arrêter.

Les régions où le pergélisol est gelé toute l'année se déplacent déjà vers le nord; et dans certaines régions, la toundra gèle maintenant plus tard à l'automne, laissant plus de temps aux microbes pour décomposer la matière organique et aux plantes pour respirer.

Impacts du dégel du pergélisol

Quand la glace du pergélisol fond, le sol devient instable et peut s'affaisser, causant des éboulements et des glissements de terrain, inondations et érosion côtière.

Le sol s'est effondré à 280 pieds de profondeur dans certaines parties de la Sibérie. Le flambement de la terre peut endommager les bâtiments, routes, lignes électriques et autres infrastructures.

Il peut également nuire aux écosystèmes naturels. Les lacs thermokarstiques – des dépressions formées lors du dégel du pergélisol s'effondrent et se sont remplis d'eau de fonte – sont importants pour la faune et fournissent de l'eau aux communautés locales. Mais si le pergélisol sous-jacent continue de dégeler, les lacs et les zones humides peuvent s'assécher complètement, détruire ces ressources biologiquement importantes.

Comme les sédiments des glissements de terrain des ruisseaux et des lacs boueux, ils affectent la vie végétale à la base de la chaîne alimentaire et potentiellement toutes les créatures qui en dépendent. Les changements dans le paysage peuvent modifier les habitudes de reproduction et de migration du caribou. Et alors que l'Arctique se réchauffe, les castors se déplacent vers le nord. Leurs barrages inondent de nouvelles zones, créant des étendues marécageuses qui permettent à plus d'eau chaude de dégeler davantage le pergélisol.

Le dégel du pergélisol peut libérer plus que des émissions de carbone. En 2016, un jeune garçon est décédé et des dizaines ont été hospitalisés après avoir contracté la fièvre charbonneuse dans la péninsule de Yamal en Sibérie. Une carcasse de renne infectée par la fièvre charbonneuse qui avait gelé 75 ans plus tôt a été exposée lors du dégel du pergélisol. Les spores du charbon ont pénétré dans le sol et l'eau, et finalement l'approvisionnement alimentaire, infecter les humains.

Les humains, les animaux et leurs maladies sont gelés dans le pergélisol depuis des centaines d'années, mais les bactéries et les virus peuvent survivre dans le pergélisol pendant des centaines de milliers d'années - les scientifiques ont récemment relancé un 30, virus vieux de 000 ans qui infecte les amibes. Des maladies comme la grippe espagnole, la variole ou la peste qui ont été anéanties pourraient être gelées dans le pergélisol. Alors que l'Arctique se réchauffe, plus d'activité, comme l'extraction de terres rares ou de métaux précieux, pourrait potentiellement nous remettre en contact avec eux.

Construire sur le pergélisol est problématique, non seulement parce que le sol est instable, mais parce que la chaleur des bâtiments et des tuyaux eux-mêmes peut réchauffer le pergélisol. Les structures doivent être construites sur des pieux en bois ou sur des dalles de gravier épaisses. Les conduites d'eau et d'égout doivent être placées au-dessus du sol. Certaines routes de Béthel et pistes d'aéroport sont équipées de tuyaux remplis de liquide qui évacuent la chaleur du pergélisol, et l'hôpital a installé des machines qui gardent le sol constamment réfrigéré.

À Inuvik, une ville du nord-ouest du Canada, les chercheurs expérimentent de nouvelles variétés de pilotis pour stabiliser les bâtiments, mais ils n'ont pas encore trouvé de solution parfaite. Ils disent qu'il est difficile de savoir ce qui fonctionnera le mieux parce que personne dans l'Arctique n'a jamais connu le taux de changement du pergélisol qui se produit aujourd'hui.

De nombreuses questions demeurent

Bien que le rapport le plus récent du Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat reconnaisse que le pergélisol se réchauffe, ses modèles climatiques n'ont pas tenu compte de ces émissions lors de l'élaboration des projections climatiques.

C'est parce qu'en fin de compte, le réchauffement de la planète dû au dégel du pergélisol dépendra de la quantité de carbone libérée, à quelle vitesse, et s'il est sous forme de CO2 ou de méthane. Mais pour mieux comprendre ce phénomène et pouvoir faire des projections climatiques plus précises, les scientifiques doivent pouvoir mieux évaluer la vulnérabilité du pergélisol au dégel et ses nombreuses conséquences pour l'Arctique et la planète.

"La recherche scientifique est si importante pour comprendre, " a déclaré Anderson. "Nous ne pouvons tout simplement pas prédire à partir de ce qui est déjà connu parce que nous n'avons jamais eu de dégel du pergélisol auparavant à ce point. Ce n'est que par des recherches scientifiques plus approfondies que nous pourrons répondre à ces questions."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de Earth Institute, Université de Columbia http://blogs.ei.columbia.edu.