Stabilisation du paysage périglaciaire suite à un épisode de ravinement par thermo-érosion : implication pour la structure et la stabilité thermique du pergélisol de surface

Abstract

Dans la vallée Qarlikturvik, à l’Île Bylot (Nunavut), plusieurs ravins de thermo-érosion incisent la terrasse de polygones à coins de glace. Suivant l’épisode catastrophique menant à la création de ravins, ces formes thermokarstiques se stabilisent mais demeurent dans le paysage périglaciaire. L’étude du rétablissement à long-terme du pergélisol dans et autour des ravins est nécessaire afin de mieux comprendre les nouvelles structures du pergélisol qui émergent de la stabilisation. Dans le cadre de ce mémoire de maîtrise, nous nous sommes intéressés à la séquence complète depuis la formation du pergélisol, à la formation du ravin de thermo-érosion, jusqu’à la stabilisation du paysage. Une attention particulière fut portée aux patrons cryostratigraphiques du pergélisol de surface, hérités de la transition ravinement-stabilisation. Le ravin stabilisé à l’étude résulte de l’érosion partielle d’un réseau de coin de glace s’étant développé au sein d’une terrasse de sable et graviers fluvio-glaciaires, de matériel alluvial et de matière organique mixée à des silts éoliens. Une superficie de 226 ± 22 m2 par mètre linéaire de pergélisol raviné a été affectée, dû au ravinement, mais aussi aux processus de stabilisation et d’ajustement du plafond du pergélisol. La glace d’aggradation dans le matériel perturbé et la présence de coins de glace réactivés illustrent l’apport des rétroactions négatives dans les processus de stabilisation du pergélisol. Dans le mètre supérieur du pergélisol, les pentes et les polygones drainés - de part et d’autre du canal du ravin - ont atteints des conditions thermiques qui, globalement, s’apparentent aux conditions pré-ravinement. Dans le cas des polygones drainés uniquement, la surface du pergélisol stabilisé contient dorénavant 1.2 fois plus de chaleur latente que le pergélisol intact. Cela signifie que ces unités stabilisées seraient maintenant plus résistantes au dégel que les polygones humides intacts qui représentent les conditions pré-ravinement. Cette étude démontre l’importance d’étudier l’évolution à long terme des paysages thermokarstiques pour identifier les nouvelles structures du pergélisol, particulièrement dans le contexte des changements climatiques, et souligne la résilience du pergélisol suivant une perturbation catastrophique.

Thermo-erosion gullies dissect the ice-wedge polygonal terrace in Qarlikturvik valley, Bylot Island (Nunavut), and gullies stay in the landscape as stabilized features following their catastrophic formation. After such disturbances, long-term transitions of the landscape in the continuous permafrost zone needs to be studied thoroughly to understand the recovery processes and new permafrost structure that results, and how it contrasts from pre-disturbance conditions. In this master’s thesis, we investigated how permafrost first formed and then went through a disturbance-stabilization transition. We also examined the processes that contributed to the recovery of surficial permafrost. Special attention was paid to the cryostratigraphic patterns of surficial permafrost due to landscape recovery. The thermo-erosion gully results from the partial erosion of an ice-wedge network, that previously developed in glaciofluvial sands and gravels, alluvial sediments and an organic matrix mixed with eolian silts. An area of 226 ± 22 m2 per linear meter of eroded permafrost was impacted by degradation and stabilization. Aggradational ice and rejuvenated ice wedges (found in the gully slopes) are two features indicative of permafrost stabilization lead by negative feedbacks acting on permafrost. On a one-meter deep profile, we learned that globally, drained polygons and slopes’ permafrost from both sides of the gully channel reached thermal conditions comparable to pre-degradation permafrost state. Regarding the drained polygons only, its surficial permafrost now has 1.2 time more latent heat than intact polygons, meaning more energy is necessary to induce its thawing. This modification in the permafrost structure suggests these stabilized drained polygons are in a better posture to face future climate warming compared with pre-disturbance permafrost. This study confirms the importance of long-term investigations of thermokarst terrain to understand landscape evolution in the context of climate change and puts to light permafrost resiliency.