En raison du changement climatique, le haut Arctique canadien connaît une des plus fortes augmentations de températures atmosphériques de la planète. Le pergélisol, sol qui demeure égale ou inférieure à 0 ° C pendant au moins deux années consécutives, est un phénomène cryospheric dont l'équilibre thermique fluctue en fonction des changements de températures atmosphériques et des conditions géophysiques. De ce fait, la profondeur de dégel saisonnier, c'est à dire la couche active, est prévue d'augmenter sensiblement au cours du prochain siècle. Dans le pergélisol se trouvent de grandes étendues de glace appelées coins de glace - caractéristiques périglaciaires omniprésentes qui existent un peu partout dans la région continue du pergélisol. Ces coins de glace occupent jusqu'à 50% de la couche proche de la surface et grandissent ou diminuent selon les changements de la couche active profonde. En raison de leur masse, de leur abondance ainsi que de leur sensibilité aux changements de température, les coins de glace seront probablement un catalyseur de changements significatifs du paysage dans toute la région du haut Arctique. La forme que le paysage du désert polaire aura dans un proche avenir dépendra de l'équilibre de forces concurrentes – l'augmentation de la fonte des coins de glace (thermokarst) versus l'effet de stabilisation de l'augmentation de la couverture végétale, qui sont tout deux prédits comme étant des conséquences du réchauffement climatique. Ma thèse examine les changements géomorphologiques, écologiques, et édaphiques résultant de la fonte de coins de glace thermokarstique. Tout d'abord, j'ai évalué un site thermokarstique impacté par le climat et situé dans le désert polaire de la péninsule de Fosheim sur l'île d'Ellesmere au Nunavut, Canada. J'ai découvert que le thermokarst produit une série de changements locaux à l'hydrologie de surface, sur la biodiversité et l'abondance de végétation ainsi que sur la chimie du sol. Fait intéressant, j'ai aussi trouvé que les zones de thermokarst avaient diminué l'épaisseur de la couche active, probablement en raison de la réaction de stabilisation à croissance amplifiée de la végétation. J'ai ensuite examiné ce processus plus en détail par la construction et l'essai d'un modèle de cheminement analytique des effets modérateurs directs et indirects de la végétation sur la profondeur de la couche active. J'ai trouvé que, contrairement à d'autres études, il est peu probable que le thermokarst puisse s'auto-renforcer, et que dans certaines situations la croissance végétal induite par le thermokarst peut atténuer de façon importante le réchauffement du pergélisol. Enfin, j'ai quantifié les impacts environnementaux à long terme des perturbations anthropiques du système coins de glace / végétation sur une piste abandonnée de la toundra. J'ai découvert qu'en plus de modifier la biodiversité de la végétation et de la chimie du sol, le paysage conserve un héritage thermique importante de toute perturbation humaine qui a probablement provoqué un état alternatif stable du paysage. Mes résultats montrent que les coins de glace thermokarstiques, naturels ou anthropiques, ont des conséquences importantes sur le biome du désert polaire. Étant donné le taux de réchauffement actuel et la prévalence de la glace de sol, les changements que j'ai chiffrés localement affecteront probablement le désert polaire au niveau régional. Contrairement à une grande partie de la littérature actuelle sur le changement climatique, ma thèse met l'accent sur la stabilisation réactive de l'écosystème aux changements géomorphiques, trop souvent négligée.

The Canadian high Arctic is experiencing one of greatest increases of atmospheric temperatures on the planet due to climate change. Permafrost, ground that remains at or below 0°C for at least two consecutive years, is a cryospheric phenomenon with a thermal balance that fluctuates in accordance with changes in atmospheric temperatures and geophysical conditions. As such, the seasonal depth of thaw, the active layer, is predicted to increase substantially over the next century. Within the permafrost are large bodies of ice called ice wedges – ubiquitous periglacial features that exist nearly everywhere within the continuous permafrost region. Ice wedges occupy up to 50% of the ground near-surface and grow or decay based on changes in active layer depth. Due to their mass, abundance, and susceptibility to temperature changes, ice wedges will likely be a catalyst for significant landscape change across the entire high Arctic region. What form the polar desert landscape will take in the near future will depend on the balance of competing forces – increased ice wedge thermokarst verses the stabilizing effect of increased vegetation cover, both of which are predicted as a consequence of warming. My dissertation examines the geomorphic, ecologic, and edaphic changes instigated as a result of ice wedge melt (thermokarst). First, I assess a site of climate-induced thermokarst located on the polar desert of the Fosheim Peninsula, Ellesmere Island, Nunavut, Canada. I found that thermokarst produced a suite of changes to local surface hydrology, vegetation biodiversity and abundance, and soil chemistry. Interestingly, I also observed that thermokarst areas had decreased active layer thickness, likely due to the stabilizing feedback of amplified vegetation growth. Next, I examined this stabilization process in greater detail by constructing and testing a path-analysis model of the direct and indirect dampening effects of vegetation on active layer depth. I found that, contrary to other studies, thermokarst is unlikely to be self-reinforcing, and in some situations thermokarst-induced vegetation growth may attenuate a significant proportion of future permafrost warming. Finally, I quantify the long-term environmental impacts of anthropogenic disturbance to the ice wedge/vegetation system at an abandoned tundra runway. I found that in addition to altering vegetation biodiversity and soil surface characteristics, the landscape preserves a significant thermal legacy from human disturbance that likely has induced an alternative stable-state of the landscape. My results show that ice wedge thermokarst, whether naturally or anthropogenically induced, has significant consequences for the polar desert biome. The changes I quantified locally will likely affect the polar desert regionally, given the rate of current warming and the prevalence of ground ice. Contrary to much of the current climate-change literature, my thesis emphasizes the often overlooked stabilizing ecosystem feedbacks on geomorphic change.

Pollard, Wayne H. (Supervisor)