Salinization of permafrost terrain due to natural geomorphic disturbance, Fosheim Peninsula, Ellesmere Island

摘要

Efflorescences (surface salt accumulations) are common on the Fosheim Peninsula and elsewhere in the Canadian Arctic Archipelago, especially at elevations below the Holocene marine limit, and cover up to 9% of the terrain in the vicinity of lower Hot Weather Creek. They are most extensive on naturally disturbed slopes and in floodplain locations. More than 75% of efflorescences are related to geomorphic disturbances (active-layer detachment sliding, retrogressive thaw slumping, and gullying), which initiate the causal chain of (1) surface erosion; (2) local degradation of permafrost; (3) contact between supra-permafrost groundwater and soluble ions previously held within frozen sediments; (4) increase in total dissolved-solids concentrations in slope surface runoff; and (5) depending on the degree of channelization of drainage and the slope profile, transport of dissolved solids directly to the stream system or their redistribution and accumulation downslope. Concentrations of Na+ in surface runoff reached almost 5 g/l during summer 1996 at a recent (1988) detachment slide scar in marine sediments. These concentrations are sufficiently high to negatively affect most terrestrial arctic plant species. Soluble Na+ levels within the active layer suggest that concentrations in slope runoff will remain elevated for several decades. Climatic warming, if it causes an increase in annual thaw depths or in the frequency and extent of geomorphic disturbances, could also result in active layer salinization within areas of salt-rich permafrost, such as in marine surficial deposits. On trouve couramment des efflorescences (accumulations de sel en surface) dans la presqu'?le de Fosheim et à d'autres endroits dans l'archipel Arctique canadien, en particulier à des hauteurs situées sous la limite marine de l'holocène. Ces efflorescences couvrent jusqu'à 9 p. cent du terrain aux environs du cours inférieur de Hot Weather Creek. On les trouve en grande quantité sur des pentes ayant subi une perturbation naturelle et dans des zones où sont situées des plaines d'inondation. Plus de 75 p. cent des efflorescences sont reliées à des perturbations géomorphiques (glissement d'un décollement de la couche active, décrochement d? à la fonte régressive et ravinement), qui sont à l'origine de la cha?ne causale suivante: 1) érosion de surface; 2) dégradation locale du pergélisol; 3) contact entre la nappe d'eau du suprapergélisol et les ions solubles contenus précédemment dans les sédiments gelés; 4) augmentation de la concentration totale de solides en suspension dans l'eau de ruissellement de surface sur les pentes; et 5), dépendant du degré de canalisation du drainage et du profil de la pente, transport direct des solides en suspension dans l'eau des ruisseaux ou leur redistribution et accumulation plus bas sur la pente. Les concentrations en Na+ dans l'écoulement de surface atteignaient presque 5 g/l durant l'été 1996 sur une niche de décollement récente (1988) dans des sédiments marins. Ces concentrations sont suffisamment élevées pour affecter de fa?on négative la plupart des espèces végétales terrestre de l'Arctique. Les niveaux de Na+ en suspension au sein de la couche active suggèrent que les concentrations dans l'écoulement de la pente resteront élevées pendant encore plusieurs dizaines d'années. Le réchauffement climatique, s'il est responsable de l'augmentation de la profondeur du dégel annuel ou de la fréquence et de l'étendue des perturbations géomorphiques, pourrait aussi amener une salinisation de la couche active dans des régions où le pergélisol est riche en sel, comme c'est le cas pour les dép?ts marins superficiels.