🧊 Dégel du Permafrost

Le permafrost est un sol qui reste à 0 °C ou en dessous pendant au moins deux années consécutives, courant dans les régions arctiques et de haute altitude. La couche active est la bande peu profonde directement au-dessus de la table de permafrost qui dégèle chaque été et regèle chaque hiver ; son épaisseur — la profondeur de dégel Z dans cette simulation — est ce qui affecte le plus les racines des plantes, les fondations des bâtiments et les infrastructures enterrées.

L'équation de Stefan, Z = √(2k·DDT / (λ·ρ)), estime jusqu'à quelle profondeur le front de dégel a pénétré compte tenu de la chaleur accumulée au-dessus du point de congélation. DDT est l'indice de degrés-jours de dégel, essentiellement un total courant des températures de l'air quotidiennes au-dessus de 0 °C ; k est la conductivité thermique (la facilité avec laquelle la chaleur se déplace dans le sol), et λ est la chaleur latente nécessaire pour faire fondre la glace dans un volume donné de sol. Comme Z dépend de la racine carrée de DDT, la profondeur de dégel augmente rapidement au début de chaque été, puis ralentit.

La température moyenne annuelle de l'air et la température de pointe estivale définissent le cycle saisonnier sinusoïdal qui pilote toute la simulation. La conductivité thermique k représente l'efficacité avec laquelle la chaleur se conduit à travers le type de sol ou de roche particulier — les sols plus humides et plus denses conduisent généralement la chaleur plus rapidement. La chaleur latente λ reflète la quantité d'énergie que le contenu en glace du sol absorbe avant de fondre, donc un λ plus élevé (sol plus riche en glace) signifie un dégel plus lent et moins profond pour la même quantité de chaleur estivale.

Des étés plus chauds augmentent l'indice de degrés-jours de dégel DDT, et comme la profondeur de dégel évolue avec la racine carrée de DDT, toute élévation soutenue de la température de l'air repousse le front de dégel plus profondément avant que l'hiver ne puisse le regeler. Au fil des années, cela peut épaissir de façon permanente la couche active, dégrader la table de permafrost sous-jacente, et déstabiliser les structures construites sur un sol qui restait auparavant gelé toute l'année.

Le permafrost stocke de vastes quantités de carbone organique qui est resté enfermé dans le sol gelé pendant des milliers d'années. À mesure que la couche active s'approfondit et que le permafrost dégèle, les microbes peuvent décomposer cette matière organique et libérer du dioxyde de carbone et du méthane, tous deux des gaz à effet de serre, créant une boucle de rétroaction où le dégel du permafrost contribue à un réchauffement supplémentaire qui approfondit encore davantage la couche active.