Une nouvelle étude collaborative a étudié les interactions entre les arbustes et la neige de l'Arctique afin d'obtenir une meilleure compréhension de la toundra et du vaste système de pergélisol du Grand Nord. Incorporant de nombreuses observations in situ, Les scientifiques du Laboratoire national de Los Alamos ont testé leurs théories avec un nouveau modèle informatique en 3D et ont confirmé que les arbustes peuvent entraîner une dégradation importante de la couche de pergélisol qui est restée gelée pendant des dizaines de milliers d'années. Ces interactions entraînent une augmentation des rejets d'eau douce dans les rivières, lacs et océans.

« L'Arctique se verdit activement, et les arbustes fleurissent à travers la toundra. À mesure que la neige isolante s'accumule au sommet des grands arbustes, il favorise un réchauffement important du sol, " a déclaré Cathy Wilson, Scientifique de Los Alamos sur le projet. « Si la tendance à l'augmentation de la végétation dans l'Arctique se poursuit, nous allons probablement assister à une forte augmentation de la dégradation du pergélisol. »

L'équipe a étudié les interactions entre les arbustes, pergélisol, et des zones souterraines appelées taliks. Les taliks sont un sol non gelé près du pergélisol causé par une anomalie thermique ou hydrologique. Certains taliks en forme de tunnel appelés « taliks traversants » s'étendent sur d'épaisses couches de pergélisol.

Résultats de l'étude de Los Alamos publiés dans Lettres de recherche environnementale cette semaine a révélé que grâce aux taliks développés là où la neige était emprisonnée, a réchauffé le sol et a créé une voie pour que l'eau s'écoule à travers le pergélisol profond, entraînant considérablement le dégel et augmentant probablement le flux d'eau et de carbone dissous vers les rivières, les lacs et l'océan. Des simulations informatiques ont également démontré que la couche active dégelée était anormalement plus profonde à proximité de ceux-ci à travers des taliks, et que la croissance accrue des arbustes exacerbe ces impacts. Notamment, l'équipe a soustrait les tendances de réchauffement des données météorologiques utilisées pour conduire les simulations, confirmant ainsi que les interactions arbustes-neige causaient une dégradation même en l'absence de réchauffement.

L'équipe de Los Alamos et les collaborateurs du programme Arctique d'expérimentations écosystémiques de nouvelle génération du ministère de l'Énergie (DOE), qui finance ce projet, utilisé un nouveau modèle à petite échelle développé par Los Alamos, le simulateur terrestre avancé (ATS). Il intègre la physique des sols et capture la dynamique du pergélisol. L'équipe a testé à plusieurs reprises les résultats par rapport aux données expérimentales de la péninsule de Seward en Alaska.

"Ces simulations de formation de talik traversant fournissent des indices sur les raisons pour lesquelles nous assistons à une augmentation des débits hivernaux dans l'Arctique, " a déclaré Elchin Jafarov, associé de recherche postdoctoral à Los Alamos, premier auteur sur le papier.

Ce modèle est le premier à montrer comment la neige et la végétation interagissent pour avoir un impact sur l'hydrologie du pergélisol avec la formation de talik traversant sur une pente, répandue sur le terrain de l'Alaska. L'équipe, y compris des collaborateurs du Laboratoire national d'Oak Ridge et de l'Université de l'Alaska, étudié la rapidité avec laquelle les taliks se sont développés à différentes profondeurs de pergélisol, leur impact sur l'hydrologie et comment ils ont interrompu et altéré le pergélisol continu.