Aux genoux dans le chaos boueux de la toundra qui s'est effondrée en Alaska, Elissa Schuett pointe du doigt les vestiges d'une caverne dans laquelle elle a pu se tenir l'été dernier. Aujourd'hui, il est parti, englouti par la gueule béante connue sous le nom de thermokarst qui continue de marcher vers l'extérieur alors que le pays fond rapidement.
Les défaillances thermokarstiques surviennent lorsque le pergélisol, une couche de sol gelé dans les régions polaires de la Terre, dégèle et devient instable. Bien que les événements se produisent naturellement dans tout l'Arctique, de nombreux scientifiques soupçonnent que la hausse des températures dans le nord entraîne la formation d'un plus grand nombre de ces caractéristiques. En comparant des photographies aériennes de 1985 avec des photos récentes, "nous pouvons maintenant affirmer avec une certaine assurance… que, à certains endroits, [il existe] deux à cinq fois plus de ces caractéristiques qu'au début des années 1980", déclare William Bowden, un écologiste aquatique à l'Université du Vermont.
C'est pourquoi Bowden, son assistant de recherche Schuett, et d'autres personnes à Toolik Field Station, une université de l'Alaska, située à Fairbanks, à 150 kilomètres au nord du cercle polaire arctique, dans le nord de l'Alaska, étudient l'impact des thermokarsts sur l'environnement. Leurs travaux s'inscrivent dans une longue tradition de recherche sur les changements climatiques chez Toolik, qui, depuis sa fondation en 1975, constitue un laboratoire vierge pour étudier comment un monde plus chaud transformera les terres et les voies navigables de l'Arctique.
Selon Norman Marcotte, du Conseil de recherches en sciences naturelles et en génie du Canada, comprendre les changements climatiques et environnementaux est la "question brûlante" de la recherche sur l'Arctique au niveau international. Les stations de recherche telles que Toolik sont essentielles pour capturer des données à long terme et explorer les problèmes sur le terrain, indique-t-il par courrier électronique, et le Canada envisage de développer une station de recherche arctique comportant bon nombre des mêmes éléments que Toolik.
Bien qu'une grande partie de la recherche sur l'Arctique ait été consacrée à l'observation de l'environnement, "nous sommes en mesure d'approfondir" et "d'étudier ce qui contrôle réellement tous ces processus", déclare le cofondateur de Toolik, John Hobbie, chercheur principal à Ecosystems. Centre du laboratoire de biologie marine à Woods Hole, Massachusetts.
C'est aussi "le seul endroit en Amérique du Nord où nous pouvons voir ou avoir une vision avancée de la façon dont le changement climatique peut affecter les écosystèmes", ajoute-t-il.
Et à bien des égards, le changement climatique a déjà commencé à remodeler ce pays dichotomiquement fragile et robuste. Entre 1966 et 1995, les températures dans l'Arctique ont augmenté de 0, 7 ° C par décennie, une tendance qui met "le nord de l'Alaska sur la sellette", a déclaré Syndonia Bret-Harte, directeur scientifique adjoint de Toolik. L'Arctique se réchauffe plus vite que les régions tropicales du monde: le printemps arrive plus tôt, l'automne tombe, et la température du pergélisol dans de nombreuses régions, y compris Toolik, se maintient dangereusement près du point de basculement à zéro degré Celsius. C'est alors que le sol gelé qui donne à la toundra son épine dorsale pourrait s'effondrer.
De nouveaux thermokarsts en Alaska pourraient également montrer comment le réchauffement peut modifier les cours d’eau ou les lacs, ces phénomènes se produisant souvent près de l’eau. Lorsqu’un thermokarst a été découvert en 2003 près de la rivière Toolik, Bowden et ses collègues ont découvert qu’il avait tellement délogé des sédiments dans la rivière que l’eau devenait boueuse à une quarantaine de kilomètres en aval. Avec ses collègues, il a également rapporté en juin 2008 dans le Journal of Geophysical Research que l'ammonium, le nitrate et le phosphore émis par cet effondrement "modifieront considérablement la structure et la fonction de la rivière au fil du temps".
Pour Bowden et d'autres chercheurs de Toolik, de telles observations étaient familières. Entre 1983 et 2004, ils ont vu à quel point le phosphore pouvait restructurer une rivière grâce à une expérience réalisée sur la rivière Kuparuk près de Toolik - "le bassin hydrographique le mieux étudié de tout l'Arctique", selon Hobbie. Dans cette expérience, les scientifiques ont ajouté chaque été à la rivière de petites quantités de phosphore, un nutriment commun des engrais et de la pollution résidentielle et industrielle. Après huit ans, la mousse s'est répandue dans la rivière, évinçant d'autres espèces de plantes et provoquant une croissance de certains types d'insectes. La productivité globale de la rivière a explosé. Cette étude peut laisser présager ce qui se passe lorsque le pergélisol fond et que des nutriments sont libérés dans l'air et dans l'eau.
Sur terre, les chercheurs de Toolik ont également ajouté des engrais à différents types de toundra. Dans le cadre d’une expérience menée depuis 1989, le scientifique principal du Centre Ecosystèmes, Gaius Shaver, a découvert que dans la toundra plissée, certains arbustes à feuilles caduques, tels que le bouleau nain, pouvaient tirer parti de l’afflux d’azote et de phosphore en augmentant leur abondance et en réduisant la diversité des espèces. Les scientifiques de Toolik s'interrogent également sur les raisons pour lesquelles l'Arctique semble verdir, explique Bret-Harte. Cela peut être dû à davantage d'arbustes: Il y a environ 12 000 ans, lorsque le climat était plus chaud et que les arbustes dominaient le paysage, a-t-elle déclaré.
Bien que ces changements polaires puissent sembler isolés du reste du monde, la fusion de l'Arctique pourrait accélérer les changements climatiques. Bret-Harte souligne que les masses continentales arctiques, y compris les forêts boréales, contiennent près de 40% du carbone du sol mondial, mais ne représentent qu'un sixième de la superficie de la planète. Si le carbone emprisonné dans le sol est libéré par la fonte du pergélisol, elle pourrait plus que doubler la concentration de dioxyde de carbone, un des principaux gaz à effet de serre, présent dans l'environnement.
Bowden, de l'Université du Vermont, pense qu'il existe "des preuves solides" que le carbone et le méthane piégés pourraient être libérés lors d'événements thermokarstiques et contribuer au réchauffement. Il cherche des fonds pour étudier l'influence des thermokarst sur les écosystèmes arctiques. Par exemple, un thermokarst qui provoque une augmentation des sédiments dans les cours d'eau peut étouffer les plantes, obstruer les branchies des poissons et, à terme, déclencher une cascade d'effets tout au long du réseau trophique.
"Ce n'est pas une histoire d'horreur - ce n'est pas comme si ce n'était pas un processus naturel", prévient Bowden. "Mais je pense qu'il existe de fortes preuves que les influences [humaines] situées à une certaine distance de l'Arctique ont ces effets secondaires (...) qui seront potentiellement très importants pour structurer la manière dont le paysage arctique se présente et se comporte à l'avenir."
