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Ground temperature, active-layer thickness and ground-ice conditions in the vicinity of Rankin Inlet, Nunavut

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Measurements of ground temperature and observations of ground-ice conditions are critical for permafrost characterization but are sparse in the Kivalliq Region of Nunavut. Between 2016 and 2019, two deep (>6 m) and eight shallow (<3 m) ground-temperaturemonitoring sites were established in the vicinity of Rankin Inlet, including one site within the hamlet. In this paper, the thermal regime of those 10 sites is summarized. Ground temperatures are used to estimate the active-layer thickness, which is the layer above the permafrost that annuallyfreezes and thaws. Frozen cores from the active layer and top of permafrost were also collected and ground-ice conditions are reported upon, where observed. The ground temperatures in Rankin Inlet vary according to the area in which they are taken and strongly depend on surface conditions, includingsnow cover. At a depth of 7 m, the permafrost temperature varies between -6.7°C, away from town, and -5.5°C, within the hamlet, whereas the active-layer thickness varies between 0.6 and 1.6 m. Ground temperature also varies annually; both warm and dry climate and cold and wet climate led to warmerground compared to a climate considered as normal (average of 1981-2019). Ice-rich top of permafrost is found in different geological settings under both dry and wet surface conditions. A comparison between the results of this study and historical ground temperatures and active-layer thicknessesfrom 1974-1976 indicates warmer ground and thicker active layer than those recorded in the past. These new ground-temperature data and permafrost information for Rankin Inlet will be useful for land-use planning and risk mitigation associated with infrastructure management in areas of thaw-sensitivesubstrate.

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Les mesures de la température du sol et les observations des conditions de la glace de sol sont essentielles pour la caractérisation du pergélisol, mais sont rares dans la région de Kivalliq au Nunavut. Entre 2016 et 2019, deux sites profonds (> 6 m) et huit sites peuprofonds (<3 m) de surveillance des températures du sol ont été établis à proximité de Rankin Inlet, dont un dans le hameau. Cet article résume le régime thermique de ces 10 sites. Les températures du sol sont utilisées pour estimer l'épaisseur de la couche active; la couche au-dessus dupergélisol qui gèle et dégèle annuellement. Des carottes gelées de la couche active et du sommet du pergélisol ont également été recueillies et les conditions de la glace de sol sont décrites. Les températures du sol à Rankin Inlet varient spatialement et dépendent fortement des conditions desurface incluant la couverture de neige. À 7 m de profondeur, la température du pergélisol varie entre -6,7 °C et 5,5 °C, loin de la ville et à l'intérieur du hameau, respectivement, alors que l'épaisseur de la couche active varie entre 0,6 et 1,6 m. La température du sol varie également chaqueannée; un climat chaud et sec et un climat froid et humide ont tous deux conduit à un sol plus chaud par rapport à un climat considéré comme normal (moyenne de 1981 à 2019). Un sommet du pergélisol riche en glace a été observé dans différents contextes géologiques, à la fois sous des conditions desurface sèche et humide. Une comparaison entre nos résultats et les températures historiques du sol et les épaisseurs de couche active de 1974 à 1976 indiquent un sol plus chaud et une couche active plus épaisse que les mesures antérieures. Ces nouvelles données sur la température du sol et sur lepergélisol pour Rankin Inlet seront utiles pour la planification de l'aménagement du territoire et l'atténuation des risques associés à la gestion des infrastructures pour les substrats sensibles au dégel.

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The Kivalliq Region of Nunavut is undergoing significant infrastructure development, for which information on permafrost is required to ensure resilience in the context of climate change. Measurements of ground temperature and observations of ground-ice conditions arecritical for permafrost characterization but are sparse in the Kivalliq Region. This paper reports on shallow (<3 m) and deep (>6 m) ground-temperature measurements made in the vicinity of Rankin Inlet since 2016. Study site locations were chosen to represent a variety of conditions,including developed and undeveloped land, and different geological settings. Ground-ice conditions are reported upon, where observed. The top of permafrost is ice rich in nearshore marine polygons and in poorly drained alluvial and marine sediments. Although thick lenses of segregated ice arepresent near the top of permafrost in till, the first decimetres may not be particularly ice rich. The mean annual ground temperature (MAGT) at the top of permafrost ranges between -9.5 and -5.5°C. The MAGT at a depth of close to 7mis approximately -6.7°C in undisturbed ground and approximately-5.5°C in developed land within the Hamlet. Active-layer thickness (ALT) ranges between 0.6-0.7m, under a thick organic layer overlying alluvial-marine sediments, and 1.6minmarine and till sediments. Surface conditions, including soil moisture, drainage and snow cover, are the main factorsexplaining the ground-temperature differences across the sites. The cold but wet year of 2018-2019 contributed to higher ground temperatures and a thicker active layer. Current MAGT and ALT are both greater than those measured in 1974-1976.

# metadata.dc.description.abstract[].value
La région de Kivalliq, au Nunavut, fait l'objet d'importants développements d'infrastructures pour lesquelles des informations sur le pergélisol sont nécessaires pour assurer la résilience dans le contexte des changements climatiques. Les mesures de la température du solet les observations des conditions de la glace de sol sont essentielles pour la caractérisation du pergélisol, mais sont rares dans la région de Kivalliq. Cette étude présente des mesures de température du sol peu profondes (<3 m) et profondes (>6 m) à proximité de Rankin Inlet depuis2016. Les emplacements des sites ont été choisis pour représenter une variété de conditions, y compris des terrains aménagés et non aménagés, et différents contextes géologiques. Les conditions de glace de sol sont signalées là où elles sont observées. Le sommet du pergélisol riche en glace a étéobservé dans les polygones marins côtiers et dans les sédiments alluviaux et marins mal drainés. Bien que des lentilles épaisses de glace de ségrégation soient présentes près du sommet du pergélisol dans le till, les premiers décimètres peuvent ne pas être particulièrement riches en glace. Latempérature moyenne annuelle du sol (TMAS) au sommet du pergélisol varie entre -9,5 et -5,5°C. La TMAS, à près de 7 m de profondeur, est d'environ -6,7°C en terrain non perturbé et d'environ -5.5°C en terrains aménagés dans le hameau. L'épaisseur de la couche active varie entre 0.6 à 0.7 m, sous unecouche organique épaisse recouvrant les sédiments alluviaux et marins, et 1,6 m dans les sédiments marins et de till. Les conditions de surface, y compris l'humidité du sol, le drainage et la couverture de neige sont les principaux facteurs expliquant les différences de température du sol entre lessites. L'année froide mais historiquement humide de 2018-2019 a contribué à une TMAS plus élevée et à une couche active plus épaisse. La TMAS actuelle et l'épaisseur de la couche active sont tous deux supérieurs à celles mesurées en 1974-76.

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Ground temperature, active-layer thickness and ground-ice conditions in the vicinity of Rankin Inlet, Nunavut