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Limnological properties of permafrost thaw ponds in northeastern Canada

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Abstract:

Arctic warming has recently accelerated, triggering the formation of thaw ponds and the mobilization of a carbon pool that has accumulated over thousands of years. A survey of 46 thaw ponds in the Canadian arctic and subarctic regions showed that these ecosystems have high concentrations of dissolved organic matter (DOM) and nutrients and are relatively productive. This activity was reflected in the optical properties of DOM that indicated a dominance of allochthonous sources but a significant contribution of low molecular weight compounds. Several subarctic ponds were stratified in summer, resulting in a hypoxic hypolimnion. Most ponds were supersaturated in CO2 and CH4, with higher gas concentrations in bottom waters. However, arctic thaw ponds colonized by benthic microbial mats showed lower CO2 concentrations, likely caused by active photosynthesis. CO2 was correlated with both the quantity and the optical properties of DOM, suggesting the significant role of dissolved compounds from melting organic soils and catchment vegetation on the balance between heterotrophy and autotrophy. The large variability observed in limnological properties of this series of ponds precludes generalisations about their role in greenhouse gas production. However, the fact that all thaw ponds were supersaturated in CH4 underscores the importance of estimating their global significance.

Le réchauffement arctique s’est récemment accéléré, activant la formation des mares de fonte du pergélisol et la mobilisation d’une réserve de carbone accumulée sur plusieurs millénaires. L’étude de 46 mares de fonte en régions arctique et subarctique canadiennes montre que ces écosystèmes possèdent des concentrations élevées en matière organique dissoute (MOD) et en nutriments, ainsi qu’une productivité relativement élevée. Cette activité se reflète dans les propriétés optiques de la MOD qui indiquent une dominance des sources allochtones mais une contribution significative par les composés de faibles poids moléculaires. Plusieurs mares subarctiques étaient stratifiées l’été, avec présence d’un hypolimnion hypoxique. La plupart de ces mares étaient supersaturées en CO2 et en CH4, avec des concentrations de gaz supérieures au fond. Toutefois, les mares arctiques colonisées par d’épais tapis microbiens montraient de plus faibles concentrations en CO2, probablement causées par l’activité photosynthétique. Le CO2 était corrélé avec la quantité et les propriétés optiques de la MOD, suggérant le rôle significatif des composés dissous provenant de la fonte des sols organiques et des plantes du bassin versant sur l’équilibre entre l’hétérotrophie et l’autotrophie. La grande variabilité des conditions limnologiques observées dans cette série de mares nous garde de faire des généralisations sur leur rôle dans la production de gaz à effet de serre. Toutefois, le fait que toutes les mares étaient supersaturées en CH4 souligne le besoin d’estimer leur importance globale.

Document Type: Research Article

Publication date: 2009-10-01

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  • Published continuously since 1901 (under various titles), this monthly journal is the primary publishing vehicle for the multidisciplinary field of aquatic sciences. It publishes perspectives (syntheses, critiques, and re-evaluations), discussions (comments and replies), articles, and rapid communications, relating to current research on cells, organisms, populations, ecosystems, or processes that affect aquatic systems. The journal seeks to amplify, modify, question, or redirect accumulated knowledge in the field of fisheries and aquatic science. Occasional supplements are dedicated to single topics or to proceedings of international symposia.
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