49 - Fonte du Pergélisol - Synthèse Fresque du sol

Fresque du Sol
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Fonte du permafrost/pergelisol

Les pergélisols sont des sols gelés en permanence et qui stockent d’importantes quantités de carbone organique. Sous l’effet du changement climatique, ils se réchauffent et peuvent émettre des quantités importantes de gaz à effet de serre.

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Rédacteur.rice

2023 - Bertrand Guenet

Qu’est ce que le pergélisol ?

Le pergélisol, aussi connu sous son nom anglais de « permafrost » , est un sol qui est gelé de manière permanente pour une durée d’au moins deux ans consécutifs. Il peut y avoir pour une même colonne de sol une zone de pergélisol en profondeur et en surface une couche qui ne gèle pas ou seulement une partie de l’année. L’existence de cette couche dite “active” permet l’activité biologique, les transferts verticaux et horizontaux d’eau liquide et les flux latéraux de matières organiques vers les écosystèmes aquatiques. La couche de pergélisol est, elle, imperméable, l’eau ne s’y écoule quasiment pas et les racines ne s’y développent pas. Selon la classification du Référentiel pédologique, ces sols sont des cryosols. La base de référence mondiale pour les ressources en sols (WRB en anglais) utilise également ce terme de cryosols. Environ ¼ de la surface de l’hémisphère nord est couvert de permafrost (Gruber, 2012) et 1024 milliards de tonnes de carbone sont stockés dans les 3 premiers mètres (Tarnocai et al., 2009).

Par abus de langage, nous allons désigner comme zone de pergélisols, des zones qui comportent des pergélisols et dont la taille de la couche active est inférieure à 3 m. Lorsque des cartes de pergélisols sont créées, nous allons distinguer les zones à pergélisol continu (> 90 % de la surface est couverte par des pergélisols), les zones à pergélisol discontinu (entre 50 et 90 % de la surface est couverte par des pergélisols), les zones à pergélisol sporadique (entre 10 et 50 % de la surface est couverte par des pergélisols) et les zones à pergélisol isolé (< 10 % de la surface est couverte par des pergélisols).

Figure 1. Carte montrant la distribution des pergélisolsSource : Obu et al., 2019
Figure 1. Carte montrant la distribution des pergélisolsSource : Obu et al., 2019605×466 131 KB

La fonte des pergélisols, les causes et les conséquences

Le dérèglement climatique d’origine anthropique a pour conséquence une hausse actuelle de la température moyenne globale d’environ 1°C par rapport à la période pré-industrielle (i.e. avant 1850). Mais cette hausse moyenne cache des différences géographiques importantes. En effet, les zones boréales et arctiques ont tendance à se réchauffer beaucoup plus (+ 2 à 6 °C), ce qui entraîne la fonte des pergélisols. Cette fonte rend donc disponible pour les microorganismes des quantités très importantes de carbone qui étaient auparavant gelées et donc protégées de la décomposition. Ainsi, les flux de dioxyde de carbone (CO2) et de méthane (CH4) provenant des pergélisols sont en augmentation (Natali et al., 2019), ce qui participe au dérèglement climatique. Les pergélisols sont donc au centre d’une boucle de rétroaction entre le climat et le cycle du carbone. Cette boucle est dite positive car le phénomène tend à s’accélérer.

Figure 2. Photo de thermokarst en Islande. Source : Boris Radosaljevic (CC wikimedia.org).
Figure 2. Photo de thermokarst en Islande. Source : Boris Radosaljevic (CC wikimedia.org).444×297 13.5 KB

Mais la fonte des pergélisols ne rend pas uniquement disponible du carbone qui était auparavant protégé : la transformation de l’eau glacée en eau liquide a pour effet de créer des lacs plus ou moins grands appelés thermokarsts. Dans ces thermokarsts, la disponibilité en oxygène est plus faible et l’activité microbienne relargue du CH4, un gaz à effet de serre beaucoup plus puissant que le CO2. La fonte des pergélisols pose aussi d’autres problèmes. Par exemple, les infrastructures construites sur les pergélisols peuvent être fortement impactées par la fonte. De plus, les pergélisols sont une réserve importante de mercure, un métal lourd extrêmement polluant. En effet, les vents et courants transportent vers le nord, depuis des dizaines de milliers d’années, du mercure libéré lors des incendies de forêts et des éruptions. Le dégel des pergélisols pourrait entraîner des contaminations en mercure importantes dans ces écosystèmes mais également dans les écosystèmes d’eau douce et les océans (Schuster et al. 2018). Enfin, de nombreux virus pourraient être libérés par la fonte des pergélisols dont la dangerosité pour l’homme reste encore inconnue.

Bibliographie

  • AFES, Baize, D., Girard, M.-C., 2008. Référentiel pédologique. Éditions Quæ. ed, Savoir-faire.
  • Gruber, S., 2012. Derivation and analysis of a high-resolution estimate of global permafrost zonation. Cryosphere 6, 221–233.
  • Natali, S. M., Watts, J. D., Rogers, B. M., Potter, S., Ludwig, S. M., Selbmann, A. K., Sullivan, P. F., Abbott, B. W., Arndt, K. A., Birch, L., Björkman, M. P., Bloom, A. A., Celis, G., Christensen, T. R., Christiansen, C. T., Commane, R., Cooper, E. J., Crill, P., Czimczik, C., … Zona, D., 2019. Large loss of CO2 in winter observed across the northern permafrost region. Nature Climate Change, 9(11), 852–857.
  • Obu, J., Westermann, S., Bartsch, A., Berdnikov, N., Christiansen, H. H., Dashtseren, A., Delaloye, R., Elberling, B., Etzelmüller, B., Kholodov, A., Khomutov, A., Kääb, A., Leibman, M. O., Lewkowicz, A. G., Panda, S. K., Romanovsky, V., Way, R. G., Westergaard-Nielsen, A., Wu, T., … Zou, D., 2019. Northern Hemisphere permafrost map based on TTOP modelling for 2000–2016 at 1 km2 scale. Earth-Science Reviews, 193, 299–316.
  • Schuster, P. F., Schaefer, K. M., Aiken, G. R., Antweiler, R. C., Dewild, J. F., Gryziec, J. D., Gusmeroli, A., Hugelius, G., Jafarov, E., Krabbenhoft, D. P., Liu, L., Herman-Mercer, N., Mu, C., Roth, D. A., Schaefer, T., Striegl, R. G., Wickland, K. P., & Zhang, T., 2018. Permafrost Stores a Globally Significant Amount of Mercury. Geophysical Research Letters, 45(3), 1463–1471.
  • Tarnocai, C., Canadell, J., Mazhitova, G., Schuur, E. A. G., Kuhry, P., and Zimov, S., 2009. Soil organic carbon stocks in the northern circumpolar permafrost region, Global Biogeochem. Cy., 23, GB2023, doi:10.1029/2008GB003327,.

Chiffres clés :

  • Les pergélisols représentent 25 % des surfaces de l’hémisphère Nord (UNEP, AFP)
  • « Les sols du pergélisol proches de la surface (de 0 à 3 m de profondeur) contiennent 1 035 ± 150 Pg C (19, 20). Si l’on ajoute à cela les 2 050 Pg C du carbone organique du sol (de 0 à 3 m de profondeur) contenus dans tous les autres biomes, la région du pergélisol représente 33 % du pool mondial stocké dans seulement 15 % de la superficie totale des sols mondiaux. » (Source 1 & Source 2)
  • « Le stockage total estimé de SOC pour la région du pergélisol est d’environ 1 300 Pg avec une plage d’incertitude d’environ 1 100 à 1 500 Pg. De ce total, environ 500 Pg se trouvent dans des sols non pergélisolés, dégelés de façon saisonnière dans la couche active ou dans des taliks plus profonds, tandis qu’environ 800 Pg sont gelés en permanence. » (Source 3).

Faits marquants et citations :

Occasion de faire la différence entre la fonte des glaciers et le dégel de l’eau contenue dans les sols chargée en MO.