Вечная мерзлота - Permafrost

Вечная мерзлота
Циркум-Арктическая карта вечной мерзлоты и состояния грунтового льдаs.png
Карта, показывающая распространение и типы вечной мерзлоты в Северном полушарии
Используется в Международная ассоциация вечной мерзлоты
Климат Высокие широты, альпийские регионы
Обрушение склона многолетнемерзлого грунта с обнажением линз льда .

Вечная мерзлота - это грунт, который постоянно остается ниже 0 ° C (32 ° F) в течение двух или более лет, расположенный на суше или под океаном . Вечная мерзлота не обязательно должна быть первым слоем на земле. Он может находиться на глубине от дюйма до нескольких миль под поверхностью Земли. Некоторые из наиболее распространенных участков вечной мерзлоты находятся в Северном полушарии. Около 15% Северного полушария или 11% мировой поверхности покрыто вечной мерзлотой, включая значительные площади Аляски , Гренландии , Канады и Сибири . Он также может располагаться на вершинах гор в Южном полушарии и под незамерзающими участками Антарктики.. Вечная мерзлота часто встречается в грунтовом льду, но может присутствовать и в непористых коренных породах. Вечная мерзлота формируется из льда, содержащего различные типы почвы, песка и породы в сочетании.

Вечная мерзлота часто содержит большое количество биомассы и разложившейся биомассы, которая хранилась в виде метана и углекислого газа в вечной мерзлоте, что делает почву тундры поглотителем углерода . По мере того как глобальное потепление нагревает экосистему и вызывает оттаивание почвы, углеродный цикл вечной мерзлоты ускоряется и выбрасывает большую часть этих содержащихся в почве парниковых газов в атмосферу, создавая цикл обратной связи, который усиливает изменение климата.

Изучение вечной мерзлоты

Южная граница вечной мерзлоты в Евразии по Карлу Эрнсту фон Бэру (1843) и другим авторам.

В отличие от сравнительно небольшого количества сообщений о мерзлых грунтах в Северной Америке до Второй мировой войны, обширная литература по фундаментальным наукам о вечной мерзлоте и инженерным аспектам вечной мерзлоты была доступна на русском языке. Некоторые российские авторы связывают исследования вечной мерзлоты с именем Александра фон Миддендорфа (1815–1894). Однако российские ученые также осознали, что Карлу Эрнсту фон Бэру необходимо присвоить атрибут «основоположник научных исследований вечной мерзлоты». В 1843 году первоначальное исследование Бэра «Материалы для изучения многолетнего грунтового льда» было готово к печати. Подробное исследование Бэра состоит из 218 страниц и было написано на немецком языке, поскольку он был учёным из балтийских немцев. Он преподавал в Кенигсбергском университете и стал членом Петербургской Академии наук . Этот первый в мире учебник по вечной мерзлоте был задуман как законченное произведение и был готов к печати в 1843 году. Но он оставался утерянным около 150 лет. Однако с 1838 года Баер опубликовал несколько отдельных публикаций о вечной мерзлоте. Россия Академия наук заслуженного Бэр с публикацией предварительного перевода на русском языке его исследования в 1942 году.

Эти факты были полностью забыты после Второй мировой войны . Таким образом , в 2001 году открытие машинописи с 1843 в библиотеке архива в университете Гессена и его аннотированный публикации была научной сенсацией. Полный текст оригинальной работы Бэра доступен в Интернете (234 страницы). Редактор добавил к факсимильному репринту предисловие на английском языке, две цветные карты вечной мерзлоты Евразии и несколько рисунков особенностей вечной мерзлоты. Текст Бэра представлен с подробными комментариями и ссылками на дополнительных 66 страницах, написанными эстонским историком Эрки Таммиксааром. Работу интересно читать, потому что как наблюдения Бэра о распространении вечной мерзлоты, так и его морфологические описания перигляциальных отложений в значительной степени верны и сегодня. Собрав и проанализировав все доступные данные о грунтовых льдах и вечной мерзлоте, Баер заложил основы современной терминологии вечной мерзлоты. Южная граница Бэра мерзлоты в Евразии втягивается 1843 соответствует хорошо с фактической южной границы на КБЖД-Арктическом Карта мерзлотоведения и наземных ледовых условий в Международной ассоциации мерзлотоведения ( под редакцией Дж Браун и др.).

Начиная с 1942 года Симон Уильям Мюллер изучал соответствующую русскую литературу, хранящуюся в Библиотеке Конгресса и Библиотеке геологической службы США, чтобы к 1943 году он смог предоставить правительству руководство по инженерным работам и технический отчет о вечной мерзлоте. в котором он ввел термин как сжатие постоянно мерзлого грунта. Первоначально он был классифицирован (как Армия США. Управление начальника инженеров, Стратегическое инженерное исследование , № 62, 1943 г.), но в 1947 г. был опубликован пересмотренный отчет, который считается первым североамериканским трактатом по этому вопросу.

Классификация и степень

Красные линии: сезонные экстремальные температуры (пунктирные = средние).

Вечная мерзлота - это почва , горная порода или отложения, которые замерзают более двух лет подряд. В областях, не покрытых льдом, он существует под слоем почвы, породы или отложений, который ежегодно замерзает и оттаивает и называется «активным слоем». На практике это означает, что вечная мерзлота возникает при средней годовой температуре -2 ° C (28,4 ° F) или ниже. Толщина активного слоя меняется в зависимости от сезона, но составляет от 0,3 до 4 метров (мелководье вдоль арктического побережья; глубоко в южной части Сибири и на Цинхай-Тибетском плато ).

Протяженность вечной мерзлоты отображается в виде зон вечной мерзлоты, которые определяются в зависимости от площади, покрытой вечной мерзлотой, как непрерывная (90–100%), прерывистая (50–90%), спорадическая (10–50%), и изолированные пятна (10% или меньше). Эти зоны вечной мерзлоты вместе покрывают примерно 22% Северного полушария. Зона сплошной вечной мерзлоты покрывает чуть более половины этой площади, прерывистая вечная мерзлота - около 20 процентов, а спорадическая вечная мерзлота вместе с отдельными участками - немногим менее 30 процентов. Поскольку зоны вечной мерзлоты не полностью покрыты вечной мерзлотой, только 15% свободной ото льда площади северного полушария фактически покрыты вечной мерзлотой. Большая часть этой территории находится в Сибири, северной Канаде, Аляске и Гренландии. Под активным слоем годовые колебания температуры вечной мерзлоты с глубиной становятся меньше. Наибольшая глубина вечной мерзлоты возникает там, где геотермальное тепло поддерживает температуру выше нуля. Выше этого нижнего предела может быть вечная мерзлота с постоянной годовой температурой - «изотермическая вечная мерзлота».

Непрерывность охвата

Вечная мерзлота обычно образуется в любом климате, где среднегодовая температура воздуха ниже точки замерзания воды . Исключения составляют влажные бореальные леса, например, в Северной Скандинавии и северо-восточной части европейской части России к западу от Урала , где снег действует как изолирующее одеяло. Исключение могут быть и ледниковые районы. Поскольку все ледники нагреваются у своего основания за счет геотермального тепла, умеренные ледники , которые повсюду близки к температуре плавления под давлением , могут иметь жидкую воду на границе с землей и, следовательно, не иметь подстилающей вечной мерзлоты. «Ископаемые» аномалии холода в геотермическом градиенте в областях, где в плейстоцене образовалась глубокая вечная мерзлота, сохраняются на глубине до нескольких сотен метров. Об этом свидетельствуют измерения температуры в скважинах в Северной Америке и Европе.

Прерывистая вечная мерзлота

Подземная температура меняется от сезона к сезону меньше, чем температура воздуха, при этом среднегодовая температура имеет тенденцию к увеличению с глубиной в результате геотермального градиента земной коры. Таким образом, если средняя годовая температура воздуха лишь немного ниже 0 ° C (32 ° F), вечная мерзлота будет формироваться только в защищенных местах - обычно с северной или южной стороной (в северном и южном полушариях соответственно) - создавая прерывистую вечную мерзлоту. . Обычно вечная мерзлота остается прерывистой в климате, где средняя годовая температура поверхности почвы составляет от –5 до 0 ° C (23–32 ° F). В упомянутых выше влажных зимних районах может не быть даже прерывистой вечной мерзлоты до -2 ° C (28 ° F). Прерывистая вечная мерзлота часто подразделяется на обширную прерывистую вечную мерзлоту , где вечная мерзлота покрывает от 50 до 90 процентов ландшафта и обычно находится в районах со средней годовой температурой от -2 до -4 ° C (28-25 ° F), и спорадическая. вечная мерзлота , где покров вечной мерзлоты составляет менее 50 процентов ландшафта и обычно возникает при средней годовой температуре от 0 до −2 ° C (от 32 до 28 ° F). В почвоведении зона спорадической вечной мерзлоты обозначается сокращенно СЗЗ, а обширная зона прерывистой вечной мерзлоты - ЗПЗ . Исключения случаются в необледеневшей Сибири и на Аляске, где нынешняя глубина вечной мерзлоты является следствием климатических условий во время ледникового периода, когда зимы были на 11 ° C (20 ° F) холоднее, чем сегодня.

Сплошная вечная мерзлота

Оценка распространения вечной мерзлоты в Альпах по регионам
Местонахождение Площадь
Цинхай-Тибетское плато 1300000 км 2 (500000 квадратных миль)
Хангай - Горный Алтай 1000000 км 2 (390000 квадратных миль)
Brooks Range 263000 км 2 (102000 квадратных миль)
Сибирские горы 255000 км 2 (98000 квадратных миль)
Гренландия 251000 км 2 (97000 квадратных миль)
Уральские горы 125000 км 2 (48000 квадратных миль)
Анды 100000 км 2 (39000 квадратных миль)
Скалистые горы (США и Канада) 100000 км 2 (39000 квадратных миль)
Фенноскандинавские горы 75000 км 2 (29000 квадратных миль)
Оставшийся <100000 км 2 (39000 квадратных миль)

При средней годовой температуре поверхности почвы ниже –5 ° C (23 ° F) влияние аспекта никогда не может быть достаточным для таяния вечной мерзлоты, и формируется зона сплошной вечной мерзлоты (сокращенно CPZ ). Линия сплошной вечной мерзлоты в северном полушарии представляет собой самую южную границу , где земля покрыта сплошной вечной мерзлотой или ледниковым льдом. Линия сплошной вечной мерзлоты меняется по всему миру в северном или южном направлении из-за региональных климатических изменений. В южном полушарии большая часть эквивалентной линии попала бы в Южный океан, если бы там была суша. Большая часть антарктического континента покрыта ледниками, под которыми большая часть ландшафта подвержена базальному таянию . Открытая земля Антарктиды в значительной степени покрыта вечной мерзлотой, некоторые из которых подвержены потеплению и таянию вдоль береговой линии.

Альпийская вечная мерзлота

Вечная мерзлота в Альпах встречается на возвышенностях с достаточно низкими средними температурами, чтобы поддерживать вечно мерзлую почву; большая часть альпийской вечной мерзлоты прерывистая. Оценки общей площади альпийской вечной мерзлоты разнятся. Бокхайм и Манро объединили три источника и составили сводные оценки по регионам на общую сумму 3 560 000 км 2 (1 370 000 кв. Миль).

Альпийская вечная мерзлота в Андах не была нанесена на карту. Его протяженность была смоделирована для оценки количества воды, связанной в этих областях. В 2009 году исследователь с Аляски обнаружил вечную мерзлоту на высоте 4700 м (15 400 футов) на самой высокой вершине Африки, горе Килиманджаро , примерно в 3 ° к югу от экватора.

Подводная вечная мерзлота

Подводная вечная мерзлота встречается под морским дном и существует на континентальных шельфах полярных регионов. Эти области сформировались во время последнего ледникового периода, когда большая часть воды Земли была связана ледяными щитами на суше и когда уровень моря был низким. Когда ледяные щиты таяли, чтобы снова стать морской водой, вечная мерзлота превратилась в затопленные шельфы в относительно теплых и соленых граничных условиях по сравнению с вечной мерзлотой на поверхности. Следовательно, вечная мерзлота под водой существует в условиях, которые приводят к ее уменьшению. По словам Остеркампа, подводная вечная мерзлота является одним из факторов «проектирования, строительства и эксплуатации прибрежных сооружений, сооружений на морском дне, искусственных островов, подводных трубопроводов и скважин, пробуренных для разведки и добычи». Он также местами содержит газовые гидраты, которые являются «потенциально обильным источником энергии», но также могут дестабилизироваться по мере того, как подводная вечная мерзлота нагревается и оттаивает, производя большое количество метана, который является мощным парниковым газом.

Проявления

Время, необходимое для достижения глубины вечной мерзлоты в Прудхо-Бэй, Аляска
Время (год) Глубина вечной мерзлоты
1 4,44 м (14,6 футов)
350 79,9 м (262 футов)
3500 219,3 м (719 футов)
35 000 461,4 м (1514 футов)
100 000 567,8 м (1863 футов)
225 000 626,5 м (2055 футов)
775 000 687,7 м (2256 футов)

Базовая глубина

Вечная мерзлота простирается до базовой глубины, где геотермальное тепло от Земли и средняя годовая температура на поверхности достигают равновесной температуры 0 ° C. Глубина основания вечной мерзлоты достигает 1493 м (4898 футов) в северных бассейнах рек Лена и Яна в Сибири . Геотермальный градиент является скоростью повышения температуры относительно увеличения глубины в земном интерьере «ы. Вдали от границ тектонических плит она составляет около 25–30 ° C / км (124–139 ​​° F / миль) у поверхности в большей части мира. Он варьируется в зависимости от теплопроводности геологического материала и меньше для вечной мерзлоты в почве, чем для коренных пород.

Расчеты показывают, что время, необходимое для образования глубокой вечной мерзлоты под заливом Прудо-Бей, Аляска, составило более полумиллиона лет. Это растянулось на несколько ледниковых и межледниковых циклов плейстоцена и предполагает, что нынешний климат Прудо-Бей, вероятно, значительно теплее, чем в среднем за тот период. Такое потепление за последние 15 000 лет является общепринятым. Таблица справа показывает, что первые сто метров вечной мерзлоты формируются относительно быстро, но более глубокие уровни занимают все больше времени.

Массивный грунтовый лед

Обширная поверхность голубого грунтового льда на северном берегу острова Гершель, Юкон, Канада.

Когда содержание льда в вечной мерзлоте превышает 250 процентов (от льда до сухой почвы по массе), она классифицируется как массивный лед. Массивные ледяные тела могут различаться по составу во всех мыслимых градациях от ледяной грязи до чистого льда. Массивные ледяные пласты имеют минимальную толщину не менее 2 м и короткий диаметр не менее 10 м. Первые зарегистрированные североамериканские наблюдения были сделаны европейскими учеными в Каннинг Ривер, Аляска, в 1919 году. В русской литературе упоминаются более ранние даты 1735 и 1739 годов во время Великой Северной экспедиции П. Лассиниуса и Х. П. Лаптев соответственно. Две категории массивных грунтовых льдов - это погребенный поверхностный лед и внутриосадочный лед (также называемый конституционным льдом ).

Погребенный поверхностный лед может образовываться из снега, замерзшего озера или морского льда, наледи (выброшенного на берег речного льда) и - вероятно, наиболее распространенного - погребенного ледникового льда.

Внутриседиментный лед образуется в результате замерзания грунтовых вод на месте, и в нем преобладает сегрегационный лед, который возникает в результате кристаллизационной дифференциации, происходящей во время замерзания влажных отложений, сопровождаемой миграцией воды к фронту замерзания.

Внутриседиментарный или конституционный лед широко наблюдался и изучался по всей Канаде, а также включает интрузивный и нагнетательный лед.

Кроме того, клинья льда - отдельный тип грунтового льда - образуют узнаваемые узорчатые полигоны земли или тундры. Ледяные клинья образуются в ранее существовавшем геологическом субстрате и впервые были описаны в 1919 году.

Несколько типов массивного грунтового льда, в том числе ледяные клинья и внутриосадочный лед в стене утеса в результате регрессивного оттаивания, расположенного на южном побережье острова Гершель в пределах приблизительно 22 метра (72 фута) на 1300 метров (4300 футов) передней стенки.

Формы рельефа

Мерзлота процессы проявляется в крупномасштабных наземных формах, такие как Palsas и pingos и мелких явления, такие как узорная земля найдена в арктических, перигляциальных и высокогорных районах.

Углеродный цикл в вечной мерзлоте

Мерзлота углеродный цикл (цикл углерода в Арктике) имеет дело с передачей углерода из многолетнемерзлых грунтов в наземной растительности и микроорганизмов, в атмосферу, обратно к растительности, и , наконец , обратно в вечномерзлых грунтах путем захоронения и осаждения из - за криогенных процессов. Часть этого углерода переносится в океан и другие части земного шара через глобальный углеродный цикл. Цикл включает в себя обмен углекислого газа и метана между наземными компонентами и атмосферой, а также перенос углерода между сушей и водой как метан, растворенный органический углерод , растворенного неорганического углерода , в виде частиц неорганического углерода и частиц органического углерода .

Последствия изменения климата

Вечная мерзлота в Арктике сокращается на протяжении многих веков. Следствием этого является таяние почвы, которая может быть слабее, и выброс метана, что способствует ускорению глобального потепления как части петли обратной связи, вызванной микробным разложением. Высыхание водно-болотных угодий из-за дренажа или испарения ставит под угрозу способность растений и животных к выживанию. Когда вечная мерзлота продолжит уменьшаться, многие сценарии изменения климата будут усиливаться. В районах с высоким уровнем вечной мерзлоты окружающая инфраструктура может быть серьезно повреждена таянием вечной мерзлоты.

Исторические изменения

Недавно растаявшая арктическая вечная мерзлота и прибрежная эрозия в море Бофорта, Северный Ледовитый океан, недалеко от Пойнт-Лонли, Аляска, в 2013 году.

Во время последнего ледникового максимума сплошная вечная мерзлота покрывала гораздо большую территорию, чем сегодня, охватывая всю незамерзающую Европу на юг примерно до Сегеда (юго-восточная Венгрия) и Азовское море (тогда суша) и Восточную Азию с юга до настоящего времени. день Чанчунь и Абашири . В Северной Америке к югу от ледникового щита существовал только чрезвычайно узкий пояс вечной мерзлоты примерно на широте Нью-Джерси через южную часть Айовы и северный штат Миссури , но вечная мерзлота была более обширной в более засушливых западных регионах, где она простиралась до южной границы штата Айдахо. и Орегон . В южном полушарии есть некоторые свидетельства бывшей вечной мерзлоты этого периода в центральном Отаго и аргентинской Патагонии , но, вероятно, она была прерывистой и связана с тундрой. Вечная мерзлота в Альпах также наблюдалась в Драконовом океане во время ледниковых максимумов на высоте более 3000 метров (9840 футов).

Оттепель

По определению, вечная мерзлота - это грунт, который остается замороженным в течение двух или более лет. Грунт может состоять из многих материалов субстрата, включая коренные породы, отложения, органические вещества, воду или лед. Замерзшая земля - ​​это земля, температура которой ниже точки замерзания воды, независимо от того, присутствует ли вода в субстрате или нет. Подземный лед присутствует не всегда, как это может быть в случае с непористой коренной породой, но он часто встречается и может присутствовать в количествах, превышающих потенциальное гидравлическое насыщение оттаявшего субстрата.

Во время таяния ледяной покров почвы тает и, по мере того, как вода стекает или испаряется, ослабляет структуру почвы и иногда становится вязкой, пока она не наберет прочность при уменьшении содержания влаги. Таяние также может влиять на скорость изменения почвенных газов с атмосферой. Одним из видимых признаков деградации вечной мерзлоты является случайное смещение деревьев от их вертикальной ориентации в районах вечной мерзлоты.

Влияние на устойчивость склона

За последнее столетие во всем мире было зарегистрировано все больше случаев обрушения склонов альпийских скал в горных хребтах. Ожидается, что большое количество разрушений конструкций связано с таянием вечной мерзлоты, которое, как считается, связано с изменением климата. Считается, что таяние вечной мерзлоты способствовало оползню Валь Пола 1987 года, унесшему жизни 22 человек в итальянских Альпах. В горных хребтах большую часть структурной стабильности можно отнести к ледникам и вечной мерзлоте. По мере потепления климата вечная мерзлота оттаивает, что приводит к менее устойчивой горной структуре и, в конечном итоге, к большему количеству обрывов склонов. Повышение температуры позволяет увеличить глубину активного слоя, что приводит к увеличению инфильтрации воды. Лед в почве тает, вызывая потерю прочности почвы, ускоренное движение и потенциальные потоки мусора.

МакСейвни сообщил о массивных каменных и ледяных обрушениях (до 11,8 млн. М 3 ), землетрясениях (до 3,9 млн. М 3 по шкале Рихтера), наводнениях (до 7,8 млн. М 3 воды) и быстром потоке каменного льда на большие расстояния (до 7,5 км на 60 м / с), вызванные «неустойчивостью склонов» в высокогорной вечной мерзлоте. Неустойчивость склонов в вечной мерзлоте при повышенных температурах, близких к точке замерзания, в теплой вечной мерзлоте связана с эффективным напряжением и ростом порового давления воды в этих почвах. Киа и его соавторы изобрели новый жесткий пьезометр без фильтра (FRP) для измерения давления поровой воды в частично мерзлых почвах, таких как теплые почвы вечной мерзлоты. Они распространили использование концепции эффективного напряжения на частично мерзлые грунты для использования в анализе устойчивости склонов склонов с потеплением вечной мерзлоты. Использование концепции эффективного напряжения имеет много преимуществ, таких как возможность распространить концепцию «Механики критических состояний грунта» на конструкцию мерзлых грунтов.

В высокогорье камнепады могут быть вызваны таянием горных массивов с вечной мерзлотой.

Экологические последствия

В северном приполярном регионе вечная мерзлота содержит 1700 миллиардов тонн органического материала, что составляет почти половину всего органического материала во всех почвах. Этот бассейн создавался тысячелетиями и медленно разрушается в холодных условиях Арктики. Количество углерода, улавливаемого вечной мерзлотой, в четыре раза превышает количество углерода, выброшенного в атмосферу в результате деятельности человека в наше время. Одним из проявлений этого является едома , которая представляет собой богатую органическими веществами (около 2% углерода по массе) вечную мерзлоту из лёсса плейстоценового возраста с содержанием льда 50–90% по объему.

Формирование вечной мерзлоты имеет значительные последствия для экологических систем, в первую очередь из-за ограничений, налагаемых на зоны укоренения, но также из-за ограничений на геометрию логова и норы для фауны, требующей подземных жилищ. Вторичные эффекты влияют на виды, зависящие от растений и животных, среда обитания которых ограничена вечной мерзлотой. Одним из наиболее распространенных примеров является доминирование черной ели на обширных территориях вечной мерзлоты, поскольку этот вид может переносить укоренение, ограниченное близкой поверхностью.

Один грамм почвы из активного слоя может включать более одного миллиарда бактериальных клеток. Если разместить друг друга, бактерии из одного килограмма активного слоя почвы образуют цепочку длиной 1000 км. Количество бактерий в почве вечной мерзлоты колеблется в широких пределах, обычно от 1 до 1000 миллионов на грамм почвы. Большинство этих бактерий и грибов в вечной мерзлоте невозможно культивировать в лаборатории, но идентичность микроорганизмов может быть выявлена ​​с помощью методов на основе ДНК.

Арктический регион - один из многих естественных источников парниковых газов метана и углекислого газа. Глобальное потепление ускоряет его выброс из-за высвобождения метана как из существующих хранилищ, так и за счет метаногенеза в гниющей биомассе . Большие количества метана хранятся в Арктике в месторождениях природного газа, в вечной мерзлоте и в виде подводных клатратов . Вечная мерзлота и клатраты разлагаются при потеплении, и поэтому большие выбросы метана из этих источников могут возникнуть в результате глобального потепления. Другие источники метана включают подводные талики , речной транспорт, отступление ледовых комплексов, подводную вечную мерзлоту и разлагающиеся месторождения газовых гидратов. Предварительный компьютерный анализ показывает, что вечная мерзлота может производить углерод, равный примерно 15 процентам сегодняшних выбросов в результате деятельности человека.

Гипотеза, выдвинутая Сергеем Зимовым, заключается в том, что сокращение стада крупных травоядных увеличило соотношение выделения энергии и поглощения энергии тундрой (энергетический баланс), что увеличивает тенденцию к чистому оттаиванию вечной мерзлоты. Он проверяет эту гипотезу в эксперименте в Плейстоценовом парке , заповеднике на северо-востоке Сибири.

Прогнозируемая скорость изменений в Арктике

Согласно Пятому оценочному докладу МГЭИК, существует высокая степень уверенности в том, что температура вечной мерзлоты повысилась в большинстве регионов с начала 1980-х годов. Наблюдаемое потепление составило до 3 ° C в некоторых частях Северной Аляски (с начала 1980-х до середины 2000-х годов) и до 2 ° C в некоторых частях Европейского Севера России (1971–2010 гг.). На Юконе зона сплошной вечной мерзлоты могла сместиться на 100 километров (62 мили) к полюсу с 1899 года, но точные данные относятся только к 30 годам. Считается, что таяние вечной мерзлоты может усугубить глобальное потепление за счет выделения метана и других углеводородов , которые являются мощными парниковыми газами . Это также может способствовать эрозии, потому что вечная мерзлота придает устойчивость бесплодным арктическим склонам.

Ожидается, что температура в Арктике повысится примерно в два раза быстрее, чем в мире. Межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК) , будет в своем пятом докладе создать сценарии будущего, где температура в Арктике будет расти в пределах от 1,5 до 2,5 ° C к 2040 году , и с 2 до 7,5 ° C по 2100. Оценки варьируются от того, как многие тонны парниковых газов выбрасываются из талая вечной мерзлоты. Согласно одной из оценок, к 2040 году будет выброшено 110–231 миллиард тонн эквивалента CO 2 (примерно половина из двуокиси углерода, а другая половина - из метана), а к 2100 году - 850–1400 миллиардов тонн. Это соответствует среднегодовому уровню выбросов в размере 4–8 миллиардов тонн эквивалента CO 2 в период 2011–2040 годов и 10–16 миллиардов тонн эквивалента CO 2 в период 2011–2100 годов в результате таяния вечной мерзлоты. Для сравнения: антропогенные выбросы всех парниковых газов в 2010 году составляют примерно 48 миллиардов тонн эквивалента CO 2 . Выбросы парниковых газов из талой вечной мерзлоты в атмосферу усиливают глобальное потепление.

Сохранение организмов в вечной мерзлоте

Микробы

Ученые прогнозируют, что до 10 21 микробов, включая грибы и бактерии помимо вирусов, будут выделяться из тающего льда в год. Часто эти микробы выбрасываются прямо в океан. Из-за мигрирующего характера многих видов рыб и птиц, возможно, эти микробы имеют высокую скорость передачи.

Вечная мерзлота в восточной Швейцарии была проанализирована исследователями в 2016 году на высокогорном участке вечной мерзлоты под названием «Муот-да-Барба-Пейдер». На этом участке обитало разнообразное микробное сообщество с различными бактериями и группами эукариот. Видные группы бактерий включали филюм Acidobacteria , Actinobacteria , AD3, Bacteroidetes , Chloroflexi , Gemmatimonadetes , OD1, Nitrospirae , Planctomycetes , Proteobacteria и Verrucomicrobia . Известные эукариотические грибы включали Ascomycota , Basidiomycota и Zygomycota . У нынешнего вида ученые наблюдали различные приспособления к условиям отрицательной температуры, включая сниженные и анаэробные метаболические процессы.

Предполагается, что вспышка сибирской язвы на полуострове Ямал в 2016 году связана с таянием вечной мерзлоты. В вечной мерзлоте Сибири также присутствуют два вида вируса: Pithovirus sibericum и Mollivirus sibericum. Обоим из них приблизительно 30 000 лет, и они считаются гигантскими вирусами из-за того, что они больше по размеру, чем большинство бактерий, и имеют больший геном, чем другие вирусы. Оба вируса по-прежнему заразны, о чем свидетельствует их способность инфицировать Acanthamoeba , род амеб.

Было показано, что замораживание при низких температурах сохраняет инфекционность вирусов. Калицивирусы, грипп A и энтеровирусы (например, полиовирусы, эховирусы, вирусы Коксаки) были сохранены во льду и / или вечной мерзлоте. Ученые определили три характеристики, необходимые для успешного сохранения вируса во льду: высокая численность, способность переноситься во льду и способность возобновлять циклы болезней после выхода изо льда. Прямого заражения людей от вечной мерзлоты или льда не было; такие вирусы обычно распространяются через другие организмы или абиотические механизмы.

Изучение образцов сибирской вечной мерзлоты позднего плейстоцена из Колымской низменности (восточно-сибирской низменности) использовало изоляцию ДНК и клонирование генов (в частности, гены 16S рРНК), чтобы определить, к какому типу принадлежат эти микроорганизмы. Этот метод позволил сравнить известные микроорганизмы с их недавно обнаруженными образцами и выявил восемь филотипов, которые принадлежали типам Actinobacteria и Proteobacteria .

Растения

В 2012 году российские исследователи доказали, что вечная мерзлота может служить естественным хранилищем древних форм жизни, возродив Silene stenophylla из 30 000-летней ткани, найденной в норе белки ледникового периода в сибирской вечной мерзлоте. Это самая старая из когда-либо возрожденных растительных тканей. Растение было плодовитым, давало белые цветы и всходящие семена. Исследование показало, что ткани могут выдерживать ледяную консервацию в течение десятков тысяч лет.

Внеземная вечная мерзлота

Другие вопросы

Международная ассоциация мерзлотоведения (IPA) является интегратором вопросов , касающихся вечной мерзлоты. Он созывает международные конференции по вечной мерзлоте, выполняет специальные проекты, такие как подготовка баз данных, карт, библиографий и глоссариев, а также координирует международные полевые программы и сети. Среди других вопросов, рассматриваемых IPA: Проблемы строительства на вечной мерзлоте из-за изменения свойств почвы, на которой размещаются конструкции, и биологических процессов в вечной мерзлоте, например, сохранение организмов, замороженных на месте .

Строительство на вечной мерзлоте

Строительство на вечной мерзлоте затруднено, потому что тепло здания (или трубопровода ) может нагреть вечную мерзлоту и дестабилизировать конструкцию. Потепление может привести к оттаиванию почвы и, как следствие, к ослаблению опоры конструкции, поскольку ледяной состав превращается в воду; в качестве альтернативы, если конструкции построены на сваях, нагревание может вызвать движение за счет ползучести из-за изменения трения на сваях, даже если почва остается мерзлой.

Три распространенных решения включают: использование фундамента на деревянных сваях ; строительство на толстой гравийной подушке (обычно толщиной 1-2 метра / 3,3-6,6 футов); или с использованием безводных аммиачных тепловых трубок . В Трансаляскинской трубопроводной системе используются тепловые трубы, встроенные в вертикальные опоры для предотвращения проседания трубопровода, а на железной дороге Цинцзан в Тибете используются различные методы для поддержания температуры земли в прохладном месте, как в районах с чувствительной к морозам почвой . Вечная мерзлота может потребовать специальных ограждений для подземных коммуникаций, называемых « утилиторами ».

Институт мерзлотоведения Мельникова в Якутске , обнаружил , что тонет большие зданий в землю можно предотвратить с помощью свайных фундаментов , простирающихся до 15 метров (49 футов) или более. На этой глубине температура не меняется в зависимости от сезона, оставаясь на уровне около -5 ° C (23 ° F).

Таяние вечной мерзлоты представляет угрозу для промышленной инфраструктуры. В мае 2020 года таяние вечной мерзлоты на ТЭЦ № 3 Norilsk-Taimyr Energy привело к обрушению резервуара для хранения нефти, затопив местные реки 21 000 кубических метров (17 500 тонн) дизельного топлива. 2020 Норильский разлив нефти был описан как второй по величине разлива нефти в современной российской истории.

Смотрите также

использованная литература

внешние ссылки