Freezing of the Active Layer on the Coastal Plain of the Alaskan Arctic

Upward freezing from the bottom of the active layer started at the end of August or beginning of September when the ground surface temperature was above 0°C. About one‐third of the active layer froze upwards at the West Dock, Deadhorse and Franklin Bluffs sites. Temperatures were warmer than −1°C at the maximum depth of the active layer 20 days after the freeze‐up date with the temperature maximum near the base of the active layer. This behaviour was caused by unfrozen water in the active layer and near‐surface permafrost. A numerical model was used to determine the most appropriate unfrozen water content curves at each site. Modelling also indicates that a layer with increased unfrozen water content existed during cooling of the active layer following freeze‐up and during warming prior to thawing. At the Deadhorse site, this layer continued from the ground surface to a depth of 0.3 m in 1987 and 0.36 m in 1991. For Franklin Bluffs in 1987, for West Dock in 1988, and for Barrow in 1993 the thickness of this layer was 0.1 m and it was located between 0.2 and 0.3 m at Franklin Bluffs, between 0.15 and 0.25 m at West Dock, and between 0.21 and 0.31 m at Barrow. The unfrozen water contents for these layers were relatively large at low temperatures. Analytical calculations of the apparent thermal diffusivity showed that its observed variations with temperature were due to the latent heat effects of the unfrozen water. Microbial activity and trace gas evolution during the winter may be influenced by the presence of the unfrozen water. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd. Le gel vers le haut depuis la base de la couche active a commencé à la fin d'août ou au début de septembre quand la température de la surface du sol était supérieure à 0°C. Environ un tiers de la couche active a gelé depuis la base dans les sites de West Dock, Deadhorse et Franklin Bluffs. Des températures étaient plus élevées que −1°C a la profoundeur maximum de la couche active 20 jours après la date du regel, et la température maximum se trouvait près de la base de la couche active. Ce comportement résulte de la présence d'eau non gelée dans la couche active et dans le pergélisol proche. Un modèle numérique a été utilisé pour déterminer les courbes les plus appropriées du contenu en eau non gelée en chaque endroit. La modélisation indique aussi qu'une couche avec des contenus accrus en eau non gelée a existé pendant le regel de la couche active et pendant le réchauffement antérieur au dégel. Au site de Deadhorse, cette couche a été continue depuis la surface du sol jusqu'à la profondeur de 0.3 m en 1987 et 0.36 m en 1991. Au site de Franklin Bluffs en 1987, à celui de West Dock en 1988 et à celui de Barrow en 1993, l'épaisseur de cette couche était de 0.1 m et était localisée entre 0.2 et 0.3 m à Franklin Bluffs, entre 0.15 et 0.25 à West Dock et entre 0.21 et 0.31 à Barrow. Les contenus de ces couches en eau non gelée etaient relativement élevés aux basses températures. Des calculs analytiques de la diffusivité thermique apparente ont montré que les variations observées avec la température étaient dues à la chaleur latente de fusion de l'eau non gelée. L'activité microbiologique et le déplacement de solutions et de gaz pendant l'hiver peuvent être influencées par la présence d'eau non gelée. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.