Le pergélisol et les processus périglaciaires - quelles sont les caractéristiques des zones périglaciaires ?
Les caractéristiques d'une zone périglaciaire sont les suivantes :
Dans ces environnements, on trouve souvent du pergélisol sous une forme ou une autre. Le pergélisol est un sol gelé en permanence depuis plus de deux ans. Le pergélisol crée une couche imperméable qui est un facteur important à l'origine de nombreux processus. Le pergélisol peut être continu, discontinu ou sporadique.
Un climat froid et sec (où la température annuelle moyenne est comprise entre -15⁰C et -1⁰C) mais qui n'est pas gelé en permanence.
Ces environnements connaissent une action intense du gel ou un éclatement du gel.
De nombreux processus résultent de la formation de la glace souterraine.
Les environnements périglaciaires ne sont pas glaciaires. La glace et la neige sont présentes, mais il est crucial qu'il y ait un bref "été" lorsque les températures dépassent 0⁰C.
La couche supérieure du sol dégèle pour former la couche active. Elle peut atteindre jusqu'à quatre mètres d'épaisseur. Cette caractéristique, ainsi que le pergélisol, joue un rôle important dans de nombreux processus.
Où se produisent les processus périglaciaires ?
Ces processus peuvent se produire partout où des environnements périglaciaires existent, par exemple :
Aux abords des glaciers et des zones de glace polaire.
Près de la glace de mer et de la neige.
Là où le pergélisol est présent sous une forme ou une autre.
Les zones de latitude extrême nord et sud (par exemple l'Alaska, le nord du Canada, les zones de toundra du nord de la Russie et de la Scandinavie).
Les régions montagneuses de haute altitude (par exemple les Alpes européennes, l'Himalaya).
Les plateaux de haute altitude (par exemple, les plateaux bolivien et tibétain).
L'intérieur des continents (par exemple, la Sibérie).
Le pergélisol couvre environ 20 à 25 % de la surface de la terre. On estime que les environnements périglaciaires sont présents sur environ un tiers de la surface de la terre. La toundra est un autre mot utilisé pour décrire les environnements périglaciaires.
Fig. 1 - Pergélisol au large des côtes canadiennes
Importance des processus périglaciaires - comment définir et expliquer les processus périglaciaires ?
Les processus que nous allons définir et expliquer peuvent être séparés en catégories :
Météorisation
Glace de sol
L'érosion
Caractéristiques et processus périglaciaires
Nous allons étudier les caractéristiques et les processus périglaciaires résultant de l'altération et des mouvements de masse.
Caractéristiques et processus périglaciaires résultant de l'altération des sols
Dans les environnements périglaciaires, les cycles répétés de gel et de dégel et l'action intense du gel provoquent l'éclatement du gel. Ce processus d'altération mécanique se produit lorsque les températures s'élèvent au-dessus de 0℃ pendant la journée mais descendent en dessous du point de congélation pendant la nuit. L'éclatement du gel peut être décrit comme suit :
Lorsque la température est supérieure à 0℃, l'eau pénètre dans les fissures et les joints de la roche. Ce phénomène est souvent favorisé par la capillarité.
Lorsque la température descend en dessous du point de congélation, l'eau se transforme en glace et se dilate de 9 %, exerçant une pression sur les côtés des joints et des fissures, ce qui les fait s'élargir avec le temps.
Finalement, la roche se brise et de plus petits morceaux de roche anguleuse sont produits.
Sur les pentes raides (>20°), les caractéristiques créées par ce processus sont des éboulis (talus). Sur les terrains moins pentus, les caractéristiques créées sont appelées blockfields, boulderfields ou felsenmeer (mer de rochers).
Fig. 2 - Exemple d'éclatement par le gel en Islande
Caractéristiques et processus périglaciaires résultant du mouvement des masses
Dans les environnements périglaciaires, les processus de mouvement de masse qui se produisent sont :
Solifluxion, gélifluxion et congélifluxion.
La reptation et le soulèvement du gel
Chutes de pierres
Solifluxion, gélifluxion et congélifluxion
Lasolifluxion est le mouvement d'un sol gorgé d'eau vers le bas d'une pente. Le processus de solifluxion peut être expliqué comme suit :
Lorsque les températures augmentent, toute la glace présente dans le sol (glace de pore et glace d'aiguille) fond. Le sol devient saturé.
La friction entre les particules du sol diminue.
En présence d'une pente de quelques degrés seulement, le sol commence à s'écouler vers le bas.
Fig. 3 - Exemple de solifluxion en Alaska, États-Unis
Lagélifluction est similaire à la solifluction, sauf que le mouvement de masse se produit sur une couche de pergélisol. Elle peut s'expliquer comme suit :
Lorsque le sol dégèle et crée une couche active au-dessus du pergélisol, de grands volumes d'eau de fonte sont libérés.
Le pergélisol situé en dessous est imperméable. L'eau de fonte ne peut pas s'écouler.
Le sol devient mobile grâce au processus de solifluxion.
Lagélifraction se produit lorsque le sol se déplace sur la pente créée par le pergélisol.
Tout mouvement de terre qui se produit à l'intérieur du pergélisol gelé est appelé congélation.
Les reliefs périglaciaires qui résultent de ces processus sont les nappes de solifluxion, les lobes et les terrasses.
Fluage et soulèvement du gel
Lefluage du gel se produit sur les pentes périglaciaires qui subissent des cycles répétés de gel et de dégel. Ceux-ci peuvent se produire annuellement ou en cycles répétés lorsque l'amplitude diurne implique une fluctuation au-dessus et au-dessous du point de congélation. Le processus peut être expliqué comme suit :
Lorsque la couche active gèle, les particules se soulèvent vers le haut, perpendiculairement à la pente.
Lorsque le dégel se produit, les particules tombent par gravité dans une direction descendante.
Par conséquent, les particules se déplacent vers le bas de la pente.
Lesoulèvement par le gel se produit lorsque des cycles de gel et de dégel se produisent dans la couche active au-dessus du pergélisol. Le soulèvement par le gel entraîne le déplacement de particules plus grosses (pierres et rochers) vers le haut de la couche active au-dessus du pergélisol. Le processus peut être décrit comme suit :
Le mouvement vers le haut se produit parce que les pierres et les rochers ont une capacité thermique spécifique inférieureà celle du matériau environnant.
Par conséquent, elles se réchauffent et se refroidissent plus rapidement que les matériaux plus fins qui les entourent.
Lorsque la température baisse, l'humidité qui se trouve sous une pierre gèle en premier.
L'expansion qui se produit lorsque cette glace se forme pousse la pierre vers le haut à travers la couche active au-dessus du pergélisol.
Ces particules plus grosses finissent par être exposées à la surface.
Selon la forme et la pente du paysage périglaciaire environnant, les roches et les pierres sont triées. Cela crée un certain nombre de caractéristiques périglaciaires connues sous le nom de sol à motifs. Lespolygones de pierres, lesbandes de pierres, lescercles de pierres et lesfilets de pierressont des exemples de sols à motifs.
Fig. 4 - Soulèvement par le gel
Chutes de pierres
Les éboulements sont des mouvements de masse qui se produisent lorsque des morceaux de roche se détachent sous l'effet des intempéries, et plus particulièrement de l'éclatement dû au gel.
Caractéristiques et processus périglaciaires découlant de laglace de sol
Le climat des environnements périglaciaires favorise la formation de nombreux types de glace de sol dans la couche active au-dessus du pergélisol. En voici quelques exemples :
La glace interstitielle - glace qui se forme entre les particules de sol et de sédiments.
Glace en aiguilles - glace qui se forme dans les sols humides pendant la nuit, généralement de quelques centimètres de long.
Lentilles, carottes et coins de glace.
Les processus à l'origine de la formation de la glace de sol sont la contraction du sol et le gel des eaux souterraines.
Contraction du sol
Le processus de contraction du sol se produit lorsque la couche active située au-dessus du pergélisol continu gèle et se contracte. Le processus suivant se produit :
Des fissures s'ouvrent dans le sol et les sédiments fins de la couche active et continuent à descendre dans la couche de pergélisol .
Lorsque les températures remontent au-dessus du point de congélation l'été suivant, l'eau de fonte pénètre dans ces fissures.
Lorsque les températures descendent en dessous de 0℃, des veines de glace se forment.
Progressivement, au cours de nombreux cycles saisonniers de gel-dégel, la veine de glace s'élargit pour former un coin de glace.
Les coins de glace peuvent atteindre plus d'un mètre de large et s'étendre sur 3 mètres de profondeur dans la couche active.
Si le sol est relativement plat, ces coins de glace créent un autre type de motif au sol appelé polygone de glace.
Fig. 5 - Coin de glace exposé au Canada
Gel des eaux souterraines
Lorsqu'il y a de l'eau souterraine dans une zone où le pergélisol est mince ou discontinu, une lentille de glace peut se former. Celle-ci peut ensuite se transformer en noyau de glace. Au fur et à mesure que la glace se forme, elle se dilate, ce qui fait que le matériau qui se trouve au-dessus se soulève pour produire un petit monticule ou un dôme. Celui-ci a généralement un diamètre d'environ 500 m (certains ont un diamètre de 1 km) et une hauteur qui varie de 3 à 70 m (la plupart ont une hauteur inférieure à 50 m). Ce relief périglaciaire s'appelle un pingo.
Il existe deux types de processus à l'origine des pingos : les systèmes fermés et les systèmes ouverts.
Les pingos à système fermé
Le système fermé peut être expliqué comme suit :
Le pergélisol est continu, sauf dans la zone située sous un lac qui est suffisamment profonde (généralement >2m de profondeur) pour rester libre de glace.
Les sédiments (talik) sous le lit du lac sont isolés par le lac. Lorsque les températures descendent en dessous du point de congélation, ces sédiments restent non gelés.
Si l'eau commence à s'écouler du lac ou si le lac se remplit de sédiments, le talik le plus proche du lit du lac n'est plus isolé et une fine couche de pergélisol se forme sous le lit du lac.
Le talik est maintenant piégé dans la couche de pergélisol. L'eau liquide contenue dans le talik est soumise à une pression hydrostatique. Elle commence à s'accumuler vers le bas de la couche de talik.
Lorsque cette eau emprisonnée gèle, une lentille de glace se forme. Cela provoque une expansion et les sédiments situés au-dessus se soulèvent.
La lentille de glace se transforme en noyau de glace au fur et à mesure que l'eau se déplace vers elle sous l'effet de la pression hydrostatique et que le déplacement s'accentue.
Fig. 6 - Formation d'une lentille de glace
Pingos à système ouvert
Le système ouvert peut être expliqué comme suit :
Le pergélisol est discontinu ; le processus se produit souvent au fond des vallées des environnements périglaciaires.
L'eau traverse le talik non gelé jusqu'aux parties inférieures du fond de la vallée. C'est la pression artésienne/hydraulique qui est à l'origine de ce phénomène.
Lorsque l'eau s'accumule et gèle, une lentille de glace se forme.
Un noyau de glace se forme et s'agrandit au fur et à mesure que l'eau continue de s'écouler dans cette zone.
L'expansion de l'eau au fur et à mesure que la glace se forme provoque la formation d'un dôme au dessus du pergélisol.
Caractéristiques et processus périglaciaires résultant de l'érosion
Le processus d'érosion dans les environnements périglaciaires est alimenté par les vents forts et les cycles de gel et de dégel, qui provoquent l' action du gel/l'éclatement du gel. Les processus décrits ici sont :
L'érosion et le dépôt par l'eau (fluviale) et le vent (éolienne).
Nivation.
Érosion par l'eau (fluviale) et par le vent (éolienne)
Lorsque la glace de la couche active située au-dessus du pergélisol dégèle, de grands volumes d'eau peuvent être libérés. L'eau de fonte est responsable du déplacement de quantités importantes de débris. L'ampleur de l'érosion dépendra de la vitesse du changement de température, de la quantité de glace au sol qui a dégelé et de la pente du terrain. Le drainage crée des canaux en tresse et une érosion fluviale importante se produit dans les rivières qui traversent de façon saisonnière les environnements périglaciaires.
Les environnements périglaciaires sont en grande partie dépourvus de végétation, de sorte que les vents peuvent atteindre des vitesses élevées. Lorsque les températures chutent et que la glace en aiguille se forme, elle coupe le sol et les sédiments et déloge les petites particules. Les matières fines détachées peuvent être ramassées par le vent et éroder les surfaces contre lesquelles il souffle. Les roches sont érodées par ces particules. Cette abrasion donne lieu à des ventifacts, des rainures et des surfaces polies. Lorsque le vent tombe, les matériaux fins et les sédiments se déposent. Cela crée une caractéristique typique des environnements périglaciaires appelée loess.
Nivation
La nivation est le nom donné à une combinaison de processus qui entraînent la formation de creux sur les pentes ombragées et/ou abritées des environnements périglaciaires. Le processus de nivation implique :
L'accumulation de neige et de glace sur les zones de pentes abritées/ombragées. Ces plaques restent souvent en place pendant les mois d'été. De la neige névé compacte peut se former lorsque la neige fond et regèle. De la glace de sapin peut se former au fil du temps dans ces dépressions peu profondes, et lorsque le mouvement se produit, la glace peut arracher de petits morceaux de roche détachée de la surface arrière de la zone.
Les cycles de gel et de dégel sur les bords et sous la plaque de neige provoquent l'éclatement du givre.
Lorsque le dégel se produit, les petits morceaux de roche brisée par le gel sont déplacés vers le bas de la pente par l'eau de fonte, la solifluxion et la gélifluxion.
Ces processus entraînent la formation de creux de nivation.
Avec le temps, ces creux peuvent se transformer en corons.
Processus périglaciaires - Principaux enseignements
- Les environnements périglaciaires se définissent par la présence d'un climat froid avec une action intense du gel.
- Lepergélisol est généralement présent. Il peut s'agir d'un pergélisol continu, discontinu ou sporadique.
- Le climat permet la fonte de la glace souterraine pour former une couche active au-dessus du pergélisol.
- Les processus périglaciaires se produisent sur les bords des glaciers, des calottes polaires et de la neige. Ces zones se trouvent dans les hautes latitudes, les hautes altitudes et les intérieurs froids des continents.
- Ces processus sont régis par la présence de glace souterraine, les cycles de gel et de dégel, l' action intense du gel et la présence de pergélisol.
- Le processus d'altération qui se produit dans les environnements périglaciaires est l'éclatement du gel.
- Les processus de mouvement de masse périglaciaire sont la solifluxion, la gélifluxion, la congélifluxion, la reptation due au gel, le soulèvement dû au gel et les chutes de pierres.
- Les processus qui se produisent à cause de la glace souterraine sont la contraction du sol et le gel des eaux souterraines.
- Lesprocessus d'érosion qui se produisent dans les environnements périglaciaires sont l'action de l'eau (fluviale) et du vent (éolienne) et la nivation.
- Les processus périglaciaires sont importants car ils expliquent comment les reliefs et les caractéristiques périglaciaires sont créés.
Références
- Fig. 1 : Permafrost au large des côtes canadiennes (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Permafrost_in_Herschel_Island_002.jpg) par Boris Radosavljevic (https://www.flickr.com/photos/139918543@N06/24199065064/) sous licence CC BY 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/2.0/)
- Fig. 2 : Éclatement du givre (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Weathering_freeze_thaw_action_iceland.jpg) par Till Niermann (https://commons.wikimedia.org/wiki/User:Till.niermann) sous licence CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en)
- Fig. 3 : Solifluction (https://en.wikipedia.org/wiki/File:Solifluctionterraceseaglesummit.jpg) par D.Sikes (https://www.flickr.com/people/48874808@N00) sous licence CC BY-SA 2.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.0/deed.en)
- Fig. 4 : soulèvement par le gel (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wandern_Schweiz_auf_Cassons_bei_Flims.jpg) par Caumasee (https://commons.wikimedia.org/wiki/Special:Contributions/Caumasee) sous licence CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en)
- Fig. 5 : Coin de glace (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Ice_wedge.jpg) par Drpermafrost (https://commons.wikimedia.org/wiki/Special:Contributions/Drpermafrost) sous licence CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/deed.en)
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