A chemical and thermal modelling study of the active layer on Herschel Island, Yukon Territory

Une condition essentielle pour évaluer les impacts potentiels du réchauffement climatique dans les régions polaires est l'acquisition d'une meilleure compréhension de la nature et du comportement de la couche active du pergélisol. La recherche présentée dans cette thèse est présentés sous la forme de deux manuscrits. Le premier manuscrit examine le rôle des processus chimiques dans le régime d'altération du sol sur l'île Herschel. Trois couches distinctes cryostratigraphiques ont été observées dans les profils de sol: (1) la couche active moderne située immédiatement sous la surface du sol (0 - 39 cm), (2) la couche paléo-active (couche de transition) s'étendant de la base de la couche moderne active à la partie supérieure de la couche de pergélisol non perturbée (39 - 192 cm) et (3) le pergélisol sous-jacent. Ces couches sont marquées par deux discordances de dégel séparant la couche active moderne de la couche de transition et la couche de transition de la couche de pergélisol, respectivement. Ces deux discordances de dégel ont été identifiées grâce à la présence de ruptures brutales dans la texture cryogénique et par des pics dans la concentration de plusieurs composants chimiques. La discordance de dégel supérieure, située à la base de la couche moderne active, coïncide avec un doublement de la concentration des principaux cations solubles et un triplement de la teneur en matière organique par rapport aux horizons sus-jacents. La discordance de dégel inférieure est marquée par la plus forte concentration en Al2O3 et en K2O de l'ensemble du profil et par la deuxième plus forte concentration en Na2O. Entre ces deux discordances, les concentrations en cations solubles varient considérablement, la concentration en SiO2 du sol brut s'accroit de façon significative et on observe une diminution notable des concentrations en Al2O3, Fe2O3, CaO, MgO et K2O dans l'intervalle de profondeur de 82-107 cm. Les indices d'altération chimique ont enregistré une diminution globale de l'intensité de l'altération chimique avec la profondeur ; les couches de sol immédiatement au-dessus de la première discordance de dégel sont les plus altérées et la couche profonde du pergélisol est la moins altérée.Le second manuscrit utilise un algorithme de conduction de la chaleur basé sur la composition et les propriétés thermiques des sols examinés au chapitre 3 et sur les mesures des valeurs de profondeur de la couche active afin d'évaluer le transfert de chaleur de la surface du sol au pergélisol sous-jacent. Des constantes thermiques (la racine carrée du rapport entre deux fois la conductivité thermique du sol non gelé et la chaleur latente de fusion de la glace) ont été calculées en utilisant la méthode de De Vries et comparées aux constantes thermiques empiriques issues des mesures de profondeur de la couche active et des degrés-jours de dégel correspondant en utilisant l'équation de Stefan. Les constantes théoriques sont environ 38% inférieures à celles obtenues empiriquement, une différence qui s'explique probablement par le fait que l'équation de Stefan ne considère pas le transfert de chaleur par advection et que les profondeurs de la couche active ont probablement été surestimées en raison de la méthode de mesure (résistance à la pénétration d'une sonde métallique). La troisième génération du modèle couplé climatique global canadien (CGCM 3.1/T63) du Centre canadien de la modélisation et de l'analyse climatique (CCmaC), basée sur les scénarios A2 et B1 du IPCC SRES, a été utilisée en conjonction avec les constantes thermiques théoriques et empiriques pour prédire les profondeurs de la couche active pour 2050 et 2100. Ces calculs suggèrent que la couche active s'épaissira de jusqu'à 41,76% avant la fin du siècle.Ce mémoire apporte un nouvel éclairage sur le rôle important que les couches actives et de transition jouent dans le contrôle de la réponse des systèmes de pergélisol au changement climatique.

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