Sustainability of High Arctic Ponds in a Polar Desert Environment

Arctic wetland environments are sensitive to ongoing climate change as seen by the recent loss of lakes and ponds in southern Alaska, Siberia, and northern Ellesmere Island, Canada. A clearer picture of the mechanisms accounting for these losses or the persistence of ponds is presently required. To better understand and quantify the hydrologic processes that are leading to the sustainability or demise of High Arctic ponds, a detailed study was conducted during the summer seasons of 2005 and 2006 at Somerset Island, Nunavut (72˚43' N, 94˚15' W). A water balance framework that quantifies water inputs, losses, and storage was employed on four ponds situated in three broad geomorphic areas (coastal, bedrock, and glacial terrain, which includes plateau and moraine). The initial snow cover amount influenced the water level pattern for the summer season. Large end-of-winter snow accumulations in the deep Bedrock pond ensured large initial water storage and seasonal sustainability despite variable climatic conditions and a coarse substrate, which encouraged subsurface outflow. Connectivity to a stream draining an upland area and a melting late-lying snowbed nearby allowed the small Moraine pond to maintain stable water levels throughout both years. Sandy soils typical of the Coastal and Plateau ponds favored seepage and subsurface water losses, leading to desiccation of these ponds during dry periods. Lateral water losses from the Coastal pond were enhanced by the presence of a downslope frost crack that formed a steep hydraulic gradient with the pond. High initial snowfall and substantial rain maintain pond water levels, but in years with low snowfall and dry conditions, ponds are vulnerable to disappearance unless a range of dependable hydrological linkages exists.Les milieux humides de l’Arctique sont sensibles aux changements climatiques continus, tel que l’atteste la perte récente de lacs et d’étangs du sud de l’Alaska, de la Sibérie et du nord de l’île d’Ellesmere, au Canada. À l’heure actuelle, il faut obtenir une meilleure idée des mécanismes à la source de ces pertes ou à la source de la persistance des étangs. Afin de mieux comprendre et de quantifier les processus hydrologiques qui entraînent la durabilité ou la disparition des étangs de l’Extrême arctique, une étude détaillée a été réalisée au cours des étés 2005 et 2006 à l’île Somerset, au Nunavut (72˚43' N, 94˚15' O). À quatre étangs situés dans trois grandes zones géomorphologiques (côtière, roche de fond et terrain glaciaire, ce qui comprend plateaux et moraines), on a utilisé un cadre de référence de bilan hydrique quantifiant les gains, les pertes et le stockage d’eau. La quantité de couverture de neige initiale exerçait une influence sur le modèle de niveau d’eau pendant la saison d’été. Les fortes accumulations de neige en fin d’hiver dans la profonde roche de fond des étangs donnaient lieu à un important stockage initial de l’eau et à la durabilité saisonnière malgré des conditions climatiques variables et un substrat grossier, ce qui favorisait l’écoulement en-dessous de la surface. La connectivité à un cours d’eau drainant une zone plus élevée et un lit de neige tardif et fondant situé tout près a permis au petit étang de la moraine de maintenir des niveaux d’eau stables au cours des deux années. Les sols sableux typiques des étangs de la côte et du plateau favorisaient le suintement et la perte d’eau en-dessous de la surface, ce qui a mené à la dessiccation de ces étangs pendant les périodes sèches. Les pertes latérales d’eau de l’étang côtier étaient rehaussées par la présence d’une gélivure de pente descendante qui formait un gradient hydraulique prononcé dans l’étang. D’importantes chutes de neige initiales et une pluie considérable ont pour effet de maintenir les niveaux d’eau des étangs, mais pendant les années où les chutes de neige sont faibles et où les conditions sont sèches, les étangs sont susceptibles de disparaître à moins qu’il n’existe une gamme de liaisons hydrologiques fiables