Ice and frost wedges are a geomorphological phenomenon which is directly related to periglacial environment and permafrost (Murton, 2007). The presence of permafrost in the territory of the Czech Republic in the Pleistocene period is directly proven by polygonal nets of ice and frost wedge pseudomorphs, which are clearly visible in some remote sensing images. Among others, they can also be used as indicators of paleoenvironmental conditions for the period in which their recent forms originated and developed and for the period of their secondary infilling (Sekyra, 1958). The present thesis focuses on the spatial distribution and morphology of polygonal nets of ice and frost wedge pseudomorphs which were created in the territory of the Czech Republic at the end of Pleistocene and the beginning of Holocene. The analysis of the spatial distribution of polygonal nets was carried out with freely available remote sensing images provided by the GoogleEarth Pro application (Google Inc., 2011). The number of locations with a potential presence of pseudomorphs was 629. Out of these, 49 were subjected to a morphometric analysis of polygonal nets and their corresponding landscape. Statistical data analysis showed that the described polygonal nets of ice and frost wedge pseudomorphs in the territory of the Czech Republic...

Periglaziale Deckschichten auf carbonatreichen Gesteinen der geologischen Formation des Muschelkalks sind bisher nur peripher Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen innerhalb der Deckschichtenfor-schung. Um diese Lücke zu schließen, widmet sich die vorliegende Arbeit dem Aufbau des oberflächenna-hen Untergrundes im Muschelkalk in einem Teilgebiet in der ostthüringischen Triaslandschaft. Die Ergebnisse zeigen, dass die periglazialen Deckschichten in Abhängigkeit von lithologischen Gesteins-merkmalen und Relieffaktoren (Exposition, Neigung) eine hohe räumliche Heterogenität hinsichtlich der stoff-lichen Zusammensetzung, der vertikalen Gliederung und Gründigkeit aufweisen. Sie sind in Basislagen (LB), Mittellagen (LM) und Hauptlagen (LH) gegliedert, die ihrerseits eigenständige Schichten beinhalten können. Die Lagenbildungen über carbonatreichen Gesteinen des Muschelkalks weisen Besonderheiten im Aufbau, in den stofflichen Eigenschaften und in ihrer Genese auf. Die Basislagen sind in der Regel mehrgliedrig entwickelt und können bis zu drei, faziell zu unterscheidende Substratkomplexe enthalten. Dies sind i) eine skelettfreie Kalksteinbraunlehm-Fließerde (LB-F), ii) ein Kalk-steinbraunlehmschutt (LB-1) und iii) ein Kalksteinschutt (LB-2). Die Zweiteilung der Basislagenschutte sowie die Abfolge LB-1/ LB-2 (LB-1 über LB-2) können als charakteristische Merkmale der Basislagenbildung über Muschelkalk herausgestellt werden. Skelettfreie Kalksteinbraunlehme (LB-F) stellen eine Besonderheit auf Carbonatgesteinen dar, da vergleichbare Bildungen auf quarz- und silikatreichen Standorten fehlen. Die Hauptlagen werden in eine schluffreiche (LH) und tonreiche (LHT) Fazies unterschieden. Beide zeichnen sich durch eine vollständige Skelettfreiheit aus, die ebenfalls als übergreifendes Merkmal über Muschelkalk gelten kann. Zwei Mittellagentypen sind mit skelettfreier Mittellage (LM) und skeletthaltiger Mittellage (LMs) vertreten. Die Genese der Basislagenabfolge LB-F/ LB-1/ LB-2 fand vollständig im Weichselglazial statt und schließt eine periglaziale Genese der Kalksteinbraunlehme ein. Die Beteiligung von Spülprozessen an der (Geli-) Solifluktion hat die Akkumulation von Lösungsrückständen (= Kalksteinbraunlehm) gefördert. Die Zweiteilung der Basisschutte kann ebenfalls durch die Mitwirkung ablualer Prozesse erklärt werden. Die Kalksteinbraun-lehm-Fließerde entstand synsedimentär zur Bildung der Basislagenschutte durch laterale Ausspülung. Die Variabilität der Lössedimente wird neben Luv-/Lee-Effekten und präsedimentäre karstartige Hohlformen vor allem auch über eine differenzierte periglaziale Bodenfeuchte- und Vegetationsverteilung gesteuert. In der Arbeit wurden u.a. der gU/fU-Quotient, pedogene Eisenoxide (Feo, Fed), Gesamteisengehalt (Fet), Fet/Ton-Quotient und (Fed-Feo/(Fet/Ton)-Quotient (nach GÜNSTER et al. 2001) sowie die Korrelation von Tongehalt und pedogenem Eisen für alle oben genannten Substrate ermittelt. Eine integrative Betrachtung dieser Parameter ist grundsätzlich geeignet, primäre Sedimenteigenschaften der Substrate herauszustellen und eine pedogenetische Überprägung abzugrenzen. Darüber hinaus erlauben sie Aussagen zur Genese. Der Tongehalt der Mittellagen konnte neben der Überformung durch Tonverlagerung als sedimentogene Ei-genschaft belegt werden. Kalksteinbraunlehme mit weniger als 65% Tongehalt müssen nicht grundsätzlich lösslehmbeeinflusst sein. Rezente Lösungsprozesse und eine rezente Weiterbildung der Kalksteinbraunleh-me konnten auch im Liegenden mächtigerer Lösssedimente nachgewiesen werden. Es wird gezeigt, wie die periglazialen Decksedimente in ihrer räumlichen, vertikalen und stofflichen Variabilität Einfluss auf die Heterogenität der Bodendecke nehmen.

L’environnement périglaciaire en général et les régions de permafrost en particulier, connus pour être très sensibles au changement climatique actuel, sont le sujet de beaucoup d’études sur les émissions de gaz à effet de serre. En effet, le dégel de ces milieux engendre la mobilisation d’une quantité importante de matière organique, précédemment piégée par le froid, favorisant les émissions de dioxyde de carbone et/ou de méthane. L’objectif premier, du présent travail, est de contribuer à l’étude des gaz enfermés dans certains types de glace de ces régions afin de mieux quantifier leur impact potentiel sur le climat.<p>Dans un premier temps, une analyse multiparamétrique a été menée sur deux coins de glace du nord de la Sibérie dans la cadre d’une collaboration avec l’Alfred Wegener Institut (Allemagne). Cette première approche a révélé que l’analyse conjointe de la cristallographie, de l’orientation des axes optiques, du contenu en gaz total et de la composition en gaz des coins de glace est un outil puissant, complémentaire aux analyses des isotopes stables, pour comprendre les conditions paléo-climatiques qui ont régi la construction des coins de glace. Cette étude soutient également l’hypothèse de variations spatiales importantes de l’origine des masses d’air durant les variations climatiques du Pléistocène.<p>Dans un deuxième temps, une analyse des caractéristiques de la glace annuelle de 4 lacs du nord de la Suède a été réalisée afin d’étudier le rôle de la couverture de glace sur les émissions de gaz à effet de serre. En effet, les lacs de ces régions contribuent fortement aux émissions de méthane durant la période d’eau libre et très peu d’études ont analysé la quantité de méthane emprisonnée dans la glace hivernale et relâchée au printemps. Ce projet nous a amené à établir une nouvelle classification des bulles dans la glace de lac basée sur leur contenu en méthane, leur origine, leur forme et leur densité. Il nous a également permis de montrer que plusieurs facteurs interviennent sur le contenu en gaz dans la couverture de glace :le système hydrologique, la variation de la pression atmosphérique, la variabilité des émissions et potentiellement la proximité des sédiments sont autant de facteurs qui déterminent le contenu en gaz. L’analyse de la composition des gaz a révélé que la composition observée dans la glace est sensiblement différente de celle observée durant les périodes d’eau libre. Nous avons également, pour la première fois, établit un budget des émissions de méthane relâchées par la fonte de la couverture de glace au niveau mondial.<p>Cette étude a été complétée par l’analyse des isotopes 13C des gaz des différents types de bulles de notre classification en collaboration avec l’Université d’Utrecht. Nous avons alors mis en évidence que la couverture de glace influence l’équilibre biogéochimique dans l’eau en favorisant l’oxydation du méthane en dioxyde de carbone.<p> / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Periglaziale Deckschichten auf carbonatreichen Gesteinen der geologischen Formation des Muschelkalks sind bisher nur peripher Gegenstand wissenschaftlicher Untersuchungen innerhalb der Deckschichtenfor-schung. Um diese Lücke zu schließen, widmet sich die vorliegende Arbeit dem Aufbau des oberflächenna-hen Untergrundes im Muschelkalk in einem Teilgebiet in der ostthüringischen Triaslandschaft. Die Ergebnisse zeigen, dass die periglazialen Deckschichten in Abhängigkeit von lithologischen Gesteins-merkmalen und Relieffaktoren (Exposition, Neigung) eine hohe räumliche Heterogenität hinsichtlich der stoff-lichen Zusammensetzung, der vertikalen Gliederung und Gründigkeit aufweisen. Sie sind in Basislagen (LB), Mittellagen (LM) und Hauptlagen (LH) gegliedert, die ihrerseits eigenständige Schichten beinhalten können. Die Lagenbildungen über carbonatreichen Gesteinen des Muschelkalks weisen Besonderheiten im Aufbau, in den stofflichen Eigenschaften und in ihrer Genese auf. Die Basislagen sind in der Regel mehrgliedrig entwickelt und können bis zu drei, faziell zu unterscheidende Substratkomplexe enthalten. Dies sind i) eine skelettfreie Kalksteinbraunlehm-Fließerde (LB-F), ii) ein Kalk-steinbraunlehmschutt (LB-1) und iii) ein Kalksteinschutt (LB-2). Die Zweiteilung der Basislagenschutte sowie die Abfolge LB-1/ LB-2 (LB-1 über LB-2) können als charakteristische Merkmale der Basislagenbildung über Muschelkalk herausgestellt werden. Skelettfreie Kalksteinbraunlehme (LB-F) stellen eine Besonderheit auf Carbonatgesteinen dar, da vergleichbare Bildungen auf quarz- und silikatreichen Standorten fehlen. Die Hauptlagen werden in eine schluffreiche (LH) und tonreiche (LHT) Fazies unterschieden. Beide zeichnen sich durch eine vollständige Skelettfreiheit aus, die ebenfalls als übergreifendes Merkmal über Muschelkalk gelten kann. Zwei Mittellagentypen sind mit skelettfreier Mittellage (LM) und skeletthaltiger Mittellage (LMs) vertreten. Die Genese der Basislagenabfolge LB-F/ LB-1/ LB-2 fand vollständig im Weichselglazial statt und schließt eine periglaziale Genese der Kalksteinbraunlehme ein. Die Beteiligung von Spülprozessen an der (Geli-) Solifluktion hat die Akkumulation von Lösungsrückständen (= Kalksteinbraunlehm) gefördert. Die Zweiteilung der Basisschutte kann ebenfalls durch die Mitwirkung ablualer Prozesse erklärt werden. Die Kalksteinbraun-lehm-Fließerde entstand synsedimentär zur Bildung der Basislagenschutte durch laterale Ausspülung. Die Variabilität der Lössedimente wird neben Luv-/Lee-Effekten und präsedimentäre karstartige Hohlformen vor allem auch über eine differenzierte periglaziale Bodenfeuchte- und Vegetationsverteilung gesteuert. In der Arbeit wurden u.a. der gU/fU-Quotient, pedogene Eisenoxide (Feo, Fed), Gesamteisengehalt (Fet), Fet/Ton-Quotient und (Fed-Feo/(Fet/Ton)-Quotient (nach GÜNSTER et al. 2001) sowie die Korrelation von Tongehalt und pedogenem Eisen für alle oben genannten Substrate ermittelt. Eine integrative Betrachtung dieser Parameter ist grundsätzlich geeignet, primäre Sedimenteigenschaften der Substrate herauszustellen und eine pedogenetische Überprägung abzugrenzen. Darüber hinaus erlauben sie Aussagen zur Genese. Der Tongehalt der Mittellagen konnte neben der Überformung durch Tonverlagerung als sedimentogene Ei-genschaft belegt werden. Kalksteinbraunlehme mit weniger als 65% Tongehalt müssen nicht grundsätzlich lösslehmbeeinflusst sein. Rezente Lösungsprozesse und eine rezente Weiterbildung der Kalksteinbraunleh-me konnten auch im Liegenden mächtigerer Lösssedimente nachgewiesen werden. Es wird gezeigt, wie die periglazialen Decksedimente in ihrer räumlichen, vertikalen und stofflichen Variabilität Einfluss auf die Heterogenität der Bodendecke nehmen.

<p>Examinator Professor Peter Jansson, Institutionen för naturgeografi</p> / Research school for teachers on climate and environment grant 2017-06037

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Au Nunavik, l’augmentation des températures atmosphériques en lien avec les changements climatiques influence la capacité portante du sol en modifiant le régime thermique de la couche active et du pergélisol. Selon la nature du sol et des cryostructures, les processus de fluage et tassement différentiel du sol peuvent être considérables. La forte croissance démographique au Nunavik nécessite la construction de plusieurs nouvelles unités d’habitation. La présente étude a produit des outils pour permettre un aménagement durable du territoire par l’interprétation géomorphologique du paysage et l’étude des propriétés géotechniques des cryofaciès qui compose la cryostratigraphie des unités géomorphologiques de Puvirnituq afin d’estimer le comportement du pergélisol au dégel. Trois unités géomorphologiques principales ont été distinguées sur le territoire. Le socle rocheux est stable au dégel ainsi que les dépôts minces qui le recouvrent puisqu’ils sont contenus dans la couche active (unité P1). Le till remanié est dominé par du sable pauvre en glace, lui conférant une stabilité, mais les moraines de De Geer pourraient incorporer des dépôts marins riches en glace à l’intérieur d’un till remanié (unité P2). Les dépressions comblées de dépôts marins et littoraux sont probablement situées sur du till remanié mais contiennent une zone de transition riche en glace entre ~0,9 et 1,7 m de profondeur, excluant les possibilités de construction (unité P3). La principale contribution à l’aménagement du territoire découlant de cette étude a été la production de deux cartes. La première présente la distribution des unités géomorphologiques sur l’ensemble du territoire, permettant d’identifier rapidement le potentiel d’aménagement de l’environnement de Puvirnituq; la seconde carte montre l’emplacement des moraines de De Geer au-delà du village. Ces données trouveront des applications dans l’évaluation de substrats pour l’expansion de l’environnement bâti de Purvinituq et de granulats non-gélifs pour la construction des infrastructures construites sur remblais. Cette carte souligne l’importance de l’histoire Quaternaire sur les conditions actuelles de pergélisol. / In Nunavik, a sustained increase of surface temperatures linked to climate change, affects the bearing capacity of the permafrost by modifying its thermal regime. Depending on the nature of the soil as well as its cryostructures, creep and differential thaw-settlement processes can be significant. The rapid demographic growth in Nunavik requires the construction of several new housing units. In order to estimate the behaviour of permafrost to thaw, this study has contributed to a sustainable land-use planning by the geomorphological interpretation of the landscape and the study of geotechnical properties of the different cryofacies that compose the geomorphological units of Puvirnituq. Three main geomorphological units were distinguished within the territory. The bedrock is thaw-stable as well as the veneer of surficial deposits since they are contained within the active layer (P1 unit). The reworked till is dominated by ice-poor sand, providing a certain stability, but the De Geer moraines could incorporate ice-rich till and ice-rich thaw sensitive marine deposits (P2 unit). The depressions, filled with marine and littoral deposits, probably contain stable reworked till at the bottom but the presence of an ice-rich transition zone between ~0,9 and 1,7 m depth, makes this geomorphological unit improper for construction (P3 unit). The principal contribution to landuse planning of this study is the production of two maps. The first presents the distribution of the geomorphological units over the entire territory, allowing for a quick identification of potential areas to support the development of Puvirnituq; the second map shows the location of De Geer moraines beyond the study area to extrapolate the result of this study to the landscape scale.

Le site routier expérimental de Beaver Creek (62º 20’ 20’’ N – 140º 50’ 10’’ O) est sis sur la moraine de Beaver Creek pré datant le Dernier Maximum Glaciaire. Dans un périmètre d’un kilomètre carré, son relief, sa végétation, son sol et sa cryostratigraphie ont été étudiés avec une perspective géosystémique, afin d’en détailler la catena et sa structure. Ensuite, la cryostratigraphie a été interprétée pour suggérer un modèle d’évolution du paysage. Enfin, les changements récents y ont été intégrés en vue d’actualiser la tendance évolutive du géosystème. Il ressort de cet ouvrage que la durabilité du pergélisol est fortement appuyée par la présence des milieux humides dans les replats. Quelques affleurements de la moraine sont toujours visibles, quoique faiblement exprimés. Ils contiennent peu de glace et leur teneur en matière organique est mince. Quant aux dépressions, elles sont peu profondes et étendues. Non seulement elles ont hérité des sédiments érodés des crêtes, mais elles ont aussi fixé une quantité importante de glace et de matière organique par le truchement d’un pergélisol syngénétique (>15 m) généré par le climat et protégé par l’écosystème. Au moins un évènement de thermo-érosion est survenu avant le dernier stade d’aggradation syngénétique (Holocène), mais il n’a été que partiel. L’actuel réchauffement climatique menace d’engager un autre épisode de dégradation à l’échelle du bassin versant. Contrairement au changement climatique, l’utilisation du territoire provoque déjà la dégradation du pergélisol, mais de manière localisée seulement. / The Beaver Creek Road Experimental Site (62º 20’ 20’’ N – 140º 50’ 10’’ O) sits on the Beaver Creek moraine. This landform was already evolving before the Last Glacial Maximum. In a single square kilometer perimeter, its topography, vegetation, soil and cryostratigraphy have been studied with a geosystemic perspective to detail its catena and related structure. Furthermore, the cryostratigraphy has been interpreted considering the literature to suggest a landscape evolution model. Recent changes at the site were integrated in the model to actualize the geosystem’s evolutive trend. This work has shown that the durability of the permafrost is strongly supported by the wetlands associated to flat lowlands. On the one hand, some moraine hillcrests are still slightly outcropping. There, the limited moisture inhibited the development of peat and intrasedimentary ice (<1 m). On the other hand, the depressions are quite flat and extended. They inherited not only of the crest’s eroded sediments, but they also fixed an important quantity of ice and organic matter (>15 m) by the mean of syngenetic permafrost aggradation driven by the climate and preserved by the ecosystem. At least one thermoerosion event occurred before the last syngenetic aggradation stage (Holocene), but was only a partial one. The ongoing global warming threatens to trigger another permafrost degradation stage on the drainage basin scale. On the field unit scale, the land use is already degrading the local ice-rich permafrost.

La direction des vents nourriciers, obtenue à partir des gradients granulométriques et des morphologies dunaires, semble avoir changé au cours du temps. Celle-ci est orientée O-E au Pléniglaciaire moyen, puis NO-SE au Pléniglaciaire supérieur, tandis qu’au Dryas récent la direction est plutôt SSO-NNE. Dans ce travail, l’hypothèse d’un changement de la saison à laquelle les sables sont remobilisés est privilégiée. Ainsi, par comparaison avec la distribution azimutale actuelle des vents à l’échelle de l’année et en accord avec les reconstitutions pour le LGM, il est suggéré qu’au Pléniglaciaire supérieur la déflation éolienne était décalée vers la saison estivale, c’est-à-dire après la phase de dégel des sols et de fonte de la neige. Au contraire, les orientations établies pour le Pléniglaciaire moyen et le Dyras récent refléteraient une déflation active en période hivernale. / Le Pleniglacial, the north-west during the Upper Pleniglacial, and from south-southwest throughout the Younger Dryas. Here, we connect changing wind directions to seasonal variations in aeolian transport. Comparing annual azimuthal distribution of current wind regimes with wind regime models for LGM suggests that during the Upper Pleniglacial the dominant aeolian transport season shifted towards the summer, i.e. after seasonally frozen ground thawed and snow cover melted. Conversely, Middle Pleniglacial and Younger Dryas wind regimes reflect a general deflation during the winter.

Ziel der Arbeit ist es, ein genaueres Prozessverständnis zur Abflussbildung an Hängen auf der Basis der räumlichen Verbreitung periglazialer Deckschichten zu erhalten. Das Untersuchungsgebiet ist ein 6 ha großes, forstlich bewirtschaftetes Quelleinzugsgebiet im Osterzgebirge. Das anstehende Gestein ist Gneis. Der oberflächennahe Untergrund ist aus zwei- und dreigliedrigen Deckschichten zusammengesetzt. Auf der Punkt-, Hang- und Kleineinzugsgebietsskala werden hydrometrische, hydrochemische und geoelektrische Methoden sowie Färbeversuche eingesetzt, um auf die dominierenden Abflussbildungsprozesse schließen zu können. Aus der Synthese der Teilergebnisse werden drei typische Prozessabläufe in Abhängigkeit von der Gebietsvorfeuchte abgeleitet. Diese verdeutlichen, dass bei geringer Vorfeuchte Sättigungsoberflächenabfluss im Quellsumpf vorherrscht, bei mittlerer bis hoher Vorfeuchte dagegen Zwischenabfluss der dominierende Abflussprozess ist. Die Abflusswirksamkeit der Niederschläge steigt zudem mit zunehmender Vorfeuchte nichtlinear an. Es wird herausgestellt, dass die hydraulisch anisotropen Eigenschaften der Basislage entscheidend die oberflächennahen Fließwege des Wassers beeinflussen. Sie besitzt durch ihre hohe Lagerungsdichte einerseits vertikal wasserstauende Eigenschaften. Andererseits kann Wasser, begünstigt durch das dominant sandige Substrat und das hangparallel eingeregelte Bodenskelett innerhalb der Schicht bevorzugt lateral geleitet werden. Die gewonnenen Erkenntnisse verdeutlichen die Bedeutung der Eigenschaften der periglazialen Deckschichten für die Abflussbildung an Mittelgebirgshängen. / The aim of this study is to contribute to the understanding of runoff processes on slopes based on the spatial distribution of periglacial cover beds. The study area is a 6 ha large forested spring catchment in the Eastern Ore Mountains, Saxony. Bedrock is gneiss overlain by periglacial cover beds comprising two or three layers. On plot, hillslope and small-catchment scales hydrometrical, hydrochemical and geoelectrical methods as well as tracer experiments are used to determine the constitutive runoff processes. From the synthesis of partial results, three pre-moisture controlled process cycles are derived. With low pre-moisture, saturation overland flow dominates in the spring bog. In contrast, with medium or high pre-moisture interflow occurs. Besides, with rising pre-moisture runoff coefficients increase in a non-linear manner. It is emphasised that the hydraulic anisotropic structure of the Basal Layer is the major control factor for subsurface water-flow paths. On the one hand, this layer acts as an aquitard for seeping water because of its high bulk density. On the other hand, water within the layer is able to flow laterally because of the sandy texture and the coarse clasts oriented parallel to the slope. These findings highlight the importance of relic periglacial cover beds for runoff generation in subdued mountains.