Internal structure and the thermal and hydrological regime of a typical lithalsa: significance for permafrost growth and decay

摘要

This study presents new knowledge about the ice segregation and frost-heave processes taking place in a typical lithalsa. A tomodensitometric scanner was used to produce high-resolution computer images of ice lenses, soil layers, faults, sedimentary structures, and gas bubbles. Scan-image analysis allowed the interpretation of the ice lenses and soil cryostructures resulting from permafrost aggradation. It also provided an accurate estimation of volumetric contents of ice and gas present in the permafrost. Isotopic analyses on the various phases of the permafrost (i.e., ice, gas, and soil) provided supplementary information. 18O, deuterium, and tritium analyses were undertaken on ground ice and on surface water. Monitoring of the thermal regime of the lithalsa provided clues relative to gradients that drive groundwater movements and ice-lens growth. Compilation and interpretation of the data in a three-dimensional and temporal context suggest that the lithalsa under study grew under climate conditions slightly colder than those of the 20th century. However, post-aggradational water penetrated into the permafrost of the lithalsa. Ground temperatures increased since 2000, most likely because of underground warming owing to groundwater flow around the permafrost body. As a result, the mound has started to settle down, and an incipient thermokarst pond became conspicuous in 2003.nnLe but de cette étude est d'obtenir de nouvelles connaissances à propos de la ségrégation de la glace et des processus de soulèvement par le gel qui se produisent dans une lithalse. Un tomodensitomètre a été utilisé pour produire sur ordinateur des images haute-résolution de lentilles de glace, de couches de sol, de failles, de structures sédimentaires et de bulles de gaz. L'analyse de ces images balayées par scanner permet d'interpréter les lentilles de glace et les cryostructures du sol provenant de l'aggradation du pergélisol. Cette analyse fournit aussi une estimation précise du contenu volumétrique de la glace et des gaz présents dans le pergélisol. Des analyses isotopiques des diverses phases du pergélisol (glace, gaz et sol) fournissent de l'information supplémentaire. Des analyses de 18O, D et tritium ont été entreprises sur la glace au sol et sur les eaux de surface. Le suivi du régime thermique de la lithalse fournit des indices sur les gradients qui dirigent les mouvements de l'eau souterraine et la croissance des lentilles de glace. La compilation et l'interprétation des données dans un contexte 3-D et temporel suggèrent que la lithalse ait crû sous des conditions climatiques légèrement plus froides que celles du 20e siècle. Toutefois, de l'eau post-aggradation a pénétré le pergélisol de la lithalse. Les températures au sol ont augmenté depuis l'an 2000, fort probablement en raison du réchauffement souterrain causé par l'écoulement de l'eau souterraine autour de l'amas de pergélisol. Il en découle que la butte a commencé à se tasser et la naissance d'une mare thermokarstique est devenue bien visible en 2003. [Traduit par la Rédaction]