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Nordicana D25 / DOI : 10.5885/45427AD-06F05740704B4CA3 |
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Cryostratigraphie, teneur en carbone, en azote et en eau, ainsi que datations au 14C de carottes de pergélisol provenant de sites situés dans l'Arctique canadien Cryostratigraphy, carbon and nitrogen content and 14C dating of permafrost cores from sites across the Canadian Arctic
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Arctic Development and Adaptation to Permafrost in Transition (ADAPT) |
Résumé / Abstract
L'aménagement du territoire dans l'Arctique nécessite une connaissance des propriétés thermiques et géotechniques du pergélisol, afin d'adopter les types de fondations appropriés aux conditions du pergélisol. Les propriétés physiques du pergélisol sont également utilisées comme variables pour le paramétrage des modèles thermiques et de prédiction de tassements dû au dégel.
Ces séries de données ont été obtenues conformément au protocole de forage du pergélisol ADAPT. Pour les sites plus au sud, les deux premiers mètres de pergélisol, ne comprenant pas la couche active, ont été échantillonnés. Toutefois, aux latitudes plus élevées de la zone de pergélisol continu, forer dans le pergélisol peut devenir plus difficile. Dans de tel cas, seul le premier mètre a été échantillonné. Chacun des sites ADAPT comportait deux sous-sites. À chacun des sous-sites, deux trous ont été forés à partir de la base d'un des trois sous-sites préalablement utilisés lors de l'échantillonnage de la couche active (pour un total de 4 forages par site ADAPT).
Les carottes congelés ont été récupérés pour l'analyse des propriétés physiques (cryostructure et teneur volumétrique en glace, teneur en eau, analyses granulométriques, tests de laboratoire pour les mesures de conductivité thermique) et la teneur en carbone. Les extrémités de chaque carottes (dont la longueur maximale est de 30 cm, fournissant un minimum de 4 sous-échantillons par 30 cm) ont été sous-échantillonné pour le C / H / N. Tous les échantillons de pergélisol ont été analysés au laboratoire de radiochronologie du Centre d'études nordiques (CEN), où la masse totale du carbone (C), de l'azote (N) et de l'hydrogène (H) ont été obtenues par combustion en utilisant un LECO CHN628 Elemental Analyzer. Les échantillons ont été 1) pesés (avec les cylindres en acier inoxydable) pour déterminer la masse volumique apparente du sol, puis 2) séchés et pesés de nouveau pour déterminer la teneur en eau, et 3) broyés et mélangés en utilisant un mortier et un pilon avant qu'un sous-échantillon soit prélevé et analysé. La datation 14C conventionnelle et la préparation des échantillons pour la datation 14C-AMS ont été fait au laboratoire de radiochronologie du CEN alors que la datation 14C-AMS a été faite au laboratoire de radiochronologie de l'University of California à Riverside.
Les analyses cryostratigraphiques ont été réalisées en numérisant les échantillons de pergélisol à l'aide d'un scanneur tomodensitométrique à rayon X (Siemens Somatom 64) appartenant à l'Institut national de la recherche scientifique à Québec. Le CT-Scan est un outil non destructif (l'intégrité de l'échantillon est préservée) utilisé pour déterminer les propriétés physiques du pergélisol sur des échantillons non perturbés. Les carottes de pergélisol ont été numérisées à tous les 0,6 mm sur toute leur longueur. En fonction du diamètre de l'échantillon (100 mm), la résolution du voxel (pixel tridimensionnel) est de 0,2 x 0,2 mm. Une discrétisation des différentes valeurs de densité tomographique (IT) a permis de différencier et délimiter les composantes du pergélisol (glace, air, sol) pour ensuite évaluer la fraction volumique occupée par ces différentes composantes à l'aide d'un script MATLAB.
Les données cryostratigraphiques, de carbone, d'azote, de teneur en eau et des datations 14C proviennent de 9 sites différents : Arviat, Beaver Creek, Daring Lake, Vallée-des-Trois (VDT- Umiujaq), BGR (Umiujaq), SAS (Kuujjuarapik), l'île Ward Hunt Island, l'île Bylot et Churchill. Pour plus de détails sur les protocoles ADAPT, visitez le site web ADAPT.
Sustainability of existing infrastructure and new projects in the Arctic rely on a detailed knowledge of the thermal and geotechnical properties of permafrost, which is required to adopt appropriate maintenance and construction practices and select proper structural and thermal engineering designs. Physical properties of permafrost are also used as input variables for the parameterization in thermal modelling and thaw settlement predictive models.
These data series were obtained following the ADAPT permafrost drilling protocol. For lower latitude sites, the top 2 meters of the permafrost, which do not include the active layer, was sampled. At higher latitudes in the continuous permafrost zone where it was difficult to drill into permafrost, only the first meter of permafrost was drilled. Each ADAPT site had two subsites. At each subsite, two boreholes were drilled into the permafrost table(for a maximum of 4 boreholes per ADAPT site) from the base of one of the three soil pits used for the active layer soil sampling.
The frozen cores were recovered for analysis of physical properties (ground ice content and structure, ground water content, grain-size determination, laboratory tests for thermal conductivity measurements) and carbon content. The top and bottom of each core segments (core segments had a maximum length of 30 cm ) were sub-sampled for C-H -N determination giving a minimum of 4 sub-samples per 30 cm. All sub-samples were analysed at the Centre d'études nordiques (CEN) Radiocarbon Dating Laboratory of the CEN, where the total mass content of carbon (C), nitrogen (N) and hydrogen (H) were also analysed, by combustion using a LECO CHN628 Elemental Analyzer. All permafrost sub-samples were 1) weighed for the determination of the bulk density of the soil, 2) dried and weighed again to determine the water content, and 3) ground and mixed using a mortar and pestle before a subsample was removed and analyzed. Conventional 14C dating was done at the CEN Radiocarbon Laboratory, and samples for 14C-AMS dating were prepared at CEN and dated at the University of California Riverside radiocarbon facility.
Cryostratigraphic analyses were done by X-ray computed tomography scans (CT-scans) of frozen cores with a Siemens Somatom 64 scanner at the Institut National de la Recherche Scientifique (INRS-ETE) in Québec City. The CT-Scan method is is a non-destructive (thus preserving sample integrity) approach to determine the physical properties of permafrost in undisturbed samples. The cores were scanned over their entire length with a slice thickness of 0.6 mm. According to the core diameter (100 mm), a pixel resolution of 0.2 x 0.2 mm is provided. By selecting a range of tomographic intensity values corresponding to each of the soil components (sediment, ice and gas), voxel classification and quantification of the soil components are achieved using a MATLAB script, therefore providing the fractional volume of the permafrost samples components (soil phase-diagram).
The cryostratigraphic, carbon, nitrogen, water content, and 14C data analyses were done on samples from 9 ADAPT sites: Arviat, Beaver Creek, Daring Lake, Vallée des Trois (VDT- Umiujaq), BGR (Umiujaq), SAS (Kuujjuarapik), Ward Hunt Island, Bylot Island and Churchill. Further details on ADAPT Standard Protocols are given at the ADAPT website. |
Citation des données / Data citation |
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ADAPT 2016. Cryostratigraphie, teneur en carbone, en azote et en eau, ainsi que datations au 14C de carottes de pergélisol provenant de sites situés dans l'Arctique canadien, v. 1.0 (2013-2014). Nordicana D25, doi: 10.5885/45427AD-06F05740704B4CA3.
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ADAPT 2016. Cryostratigraphy, carbon and nitrogen content and 14C dating of permafrost cores from sites across the Canadian Arctic, v. 1.0 (2013-2014). Nordicana D25, doi: 10.5885/45427AD-06F05740704B4CA3.
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Carte de localisation / Location map
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Collaborateurs / Contributors |
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Allard, Michel (Centre d'études nordiques, Université Laval)
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Berteaux, Dominique (Université du Québec à Rimouski)
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Burn, Christopher (Carleton University)
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Doré, Guy (Centre d'études nordiques, Université Laval)
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Fortier, Daniel (Université de Montréal)
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Gauthier, Gilles (Centre d'études nordiques, Université Laval)
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Grant, Robert (University of Alberta)
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Grogan, Paul (Queen's University)
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Henry, Greg (University of British Colombia)
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Lamoureux, Scott (Queen's University)
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Lemay, Mickaël (ArcticNet/Centre d'études nordiques, Université Laval)
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Lévesque, Esther (Université du Québec à Trois-Rivières)
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Pienitz, Reinhard (Centre d'études nordiques, Université Laval)
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Roulet, Nigel (McGill University)
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Vincent, Warwick F. (Centre d'études nordiques, Université Laval)
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Wolfe, Brent (Wilfrid Laurier University)
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Remerciements / Acknowledgements |
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L'équipe ADAPT aimerait remercier tous étudiants diplômés ADAPT, les assistants de de terrain et de recherche des 15 laboratoires ADAPT ainsi que de nombreux proches collaborateurs qui ont contribué à la base de données CHN en appliquant les protocoles standard dans tout l'Arctique canadien. Un merci tout spécial aux assistants de recherche du CEN, Jonathan Roger, Andrée-Sylvie Carbonneau, Denis Sarrazin, Emmanuel L’Hérault, Guillaume Labrecque, Ariane Beauféray-Marais et Luc Cournoyer pour leur aide précieuse dans la gestion des échantillons et des données.
The ADAPT team would like to thank all ADAPT HQPs, field and research assistants from the 15 ADAPT laboratories as well as many close collaborators that contributed to the CHN database in applying the standard protocols all across the Canadian Arctic. A special thank to the CEN’s research assistants, Jonathan Roger, Andrée-Sylvie Carbonneau, Denis Sarrazin, Emmanuel L’Hérault, Guillaume Labrecque, Ariane Beauféray-Marais and Luc Cournoyer for their precious help for the sample and data management.
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Données associées / Related data |
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Liens Polar Data Catalogue (Métadonnées) / Polar Data Catalogue links (Metadata) |
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Version 1.0 (2013-2014) - Mise à jour le 16 août 2016 / Updated August 16, 2016
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