Ce paysage gelé en permanence dans la toundra arctique, qui a enfermé de grandes quantités de carbone pendant des milliers d’années, risque de fondre et de libérer des gaz à effet de serre dans l’atmosphère.

Le Groupe d’experts intergouvernemental sur l’évolution du climat des Nations Unies a identifié la possibilité d’un affaissement du sol entraînant une boucle de rétroaction susceptible de déclencher un dégel rapide comme une préoccupation majeure dans les décennies à venir. Un dégel accéléré causé par un affaissement inégal du sol a été observé à plus petite échelle sur des périodes plus courtes, mais les évaluations du GIEC étaient incertaines quant à ce qui pourrait se produire à long terme.

C’est là que l’ORNL est intervenu avec son simulateur terrestre avancé, ou ATS, un modèle très précis basé sur la physique de l’hydrologie de la région alimenté par des mesures détaillées et réelles pour aider les scientifiques à comprendre l’évolution de la terre.

Ce qu’ils ont découvert, c’est que même si le sol continuera de s’enfoncer à mesure que fondent les gros dépôts de glace, l’affaissement inégal conduit également à un paysage plus sec et limite l’accélération du processus jusqu’à la fin du siècle, comme décrit dans le Actes de l’Académie nationale des sciences.

« L’amélioration du drainage se traduit par un paysage plus sec sur une échelle de temps décennale, et le processus devient alors auto-limitant », a déclaré Scott Painter, qui dirige le groupe de modélisation des systèmes de bassin versant à l’ORNL.

Les scientifiques se sont concentrés sur une vaste région de la toundra caractérisée par des coins de glace – de longs morceaux de glace qui fissurent la surface et s’étendent sous le sol pour créer des formes polygonales dans le paysage arctique. Les simulations de cryo-hydrologie ont été informées par des mesures recueillies dans la toundra polygonale.

L’ATS a d’abord été développé pour le projet NGEE Arctic du ministère de l’Énergie dirigé par l’ORNL, axé sur les observations, les expériences et la modélisation des processus environnementaux en jeu dans la région afin d’améliorer les prévisions climatiques.

« Nous avons examiné la microtopographie causée par ces coins de glace dans le sous-sol et comment cela contrôle l’écoulement de l’eau », a déclaré Painter. « La nôtre est la première capacité à capturer l’effet de l’évolution de la microtopographie et à la représenter dans des modèles climatiques. »

Painter a ajouté que l’équipe a un degré élevé de confiance dans le modèle depuis qu’il a été développé pour NGEE Arctic et qu’il a été évalué par rapport aux observations réelles du projet.

Il a noté que la plupart des modèles, y compris ceux de l’ORNL, s’accordent à prévoir généralement de grandes quantités de carbone dégelant dans l’Arctique à mesure que les températures augmentent. « Mais ici, nous avons identifié que l’un des processus les plus inquiétants, ce dégel incontrôlé dû à l’affaissement, est peu susceptible de se produire sur une longue période. »

L’étude a souligné d’autres implications d’un paysage qui s’assèche. « Comme la toundra polygonale devient très sèche, d’ici l’an 2100, elle pourrait avoir des impacts écologiques pour les oiseaux migrateurs, qui utilisent ces écosystèmes comme lieux de reproduction », a déclaré Painter.

D’autres scientifiques collaborant à l’étude incluent Ethan Coon de l’ORNL; Ahmad Jan, anciennement de l’ORNL et maintenant à l’Office of Water Prediction affilié à la NOAA ; et Julie Jastrow du Laboratoire national d’Argonne.

La recherche a été soutenue par NGEE Arctic, qui est parrainé par le programme de recherche biologique et environnementale du Bureau des sciences du DOE et dirigé par l’ORNL, et le programme scientifique du système environnemental du BER à Argonne. NGEE Arctic a soutenu le développement initial de l’ATS ainsi que les récentes améliorations visant à intégrer l’affaissement dans le modèle.