kalıcı don - Permafrost

kalıcı don
Permafrost ve Yer Buz Koşullarının Çevresi-Arktik Haritası.png
Kuzey Yarımküre'deki permafrost kapsamını ve türlerini gösteren harita
Kullanılan Uluslararası Permafrost Derneği
İklim Yüksek enlemler, alpin bölgeler
Buz merceklerini açığa çıkaran permafrost toprağının eğim hatası .

Permafrost , karada veya okyanusun altında bulunan, iki veya daha fazla yıl boyunca sürekli olarak 0 °C'nin (32 °F) altında kalan zemindir . Permafrost, zemindeki ilk katman olmak zorunda değildir. Dünya yüzeyinin altında bir inçten birkaç mil derinliğe kadar olabilir. En yaygın permafrost konumlarından bazıları Kuzey Yarımküre'dedir. Alaska , Grönland , Kanada ve Sibirya'nın önemli bölgeleri de dahil olmak üzere , Kuzey Yarımküre'nin yaklaşık %15'i veya küresel yüzeyin %11'i permafrost ile kaplıdır . Ayrıca Güney Yarımküre'de dağların doruklarında ve Antarktika'da buzsuz alanların altında da bulunabilir . Permafrost sıklıkla yer buzunda oluşur, ancak gözeneksiz anakayada da bulunabilir. Permafrost, çeşitli toprak, kum ve kaya türlerini bir arada tutan buzdan oluşur.

Permafrost sıklıkla büyük miktarlarda biyokütle ve permafrostta metan ve karbon dioksit olarak depolanmış ayrışmış biyokütle içerir ve bu da tundra toprağını bir karbon yutağı yapar . Küresel ısınma ekosistemi ısıtıp toprağın çözülmesine neden olduğundan, permafrost karbon döngüsü hızlanır ve bu toprak içeren sera gazlarının çoğunu atmosfere salarak iklim değişikliğini artıran bir geri besleme döngüsü yaratır .

Permafrost çalışması

Karl Ernst von Baer (1843) ve diğer yazarlara göre Avrasya'da permafrost'un güney sınırı .

İkinci Dünya Savaşı'ndan önce Kuzey Amerika'da donmuş zeminle ilgili raporların görece kıtlığının aksine, temel permafrost bilimi ve permafrost'un mühendislik yönleri hakkında geniş bir literatür Rusça olarak mevcuttu. Bazı Rus yazarlar, permafrost araştırmalarını Alexander von Middendorff (1815-1894) adıyla ilişkilendirir . Ancak Rus bilim adamları, Karl Ernst von Baer'e "bilimsel permafrost araştırmasının kurucusu" niteliğinin verilmesi gerektiğini de fark ettiler . 1843'te Baer'in orijinal çalışması “uzun ömürlü yer buzunun incelenmesi için malzemeler” basılmaya hazırdı. Baer'in ayrıntılı çalışması 218 sayfadan oluşuyor ve Baltık Alman bilim adamı olduğu için Almanca yazılmış. Königsberg Üniversitesi'nde ders veriyordu ve St Petersburg Bilimler Akademisi'ne üye oldu . Bu dünyanın ilk permafrost ders kitabı, 1843'te eksiksiz bir çalışma olarak tasarlandı ve baskıya hazırdı. Ancak yaklaşık 150 yıl boyunca kayıp olarak kaldı. Ancak, 1838'den itibaren Baer, ​​permafrost hakkında birkaç bireysel yayın yayınladı. Rusya Bilimler Akademisi 1942 yılında çalışmanın geçici bir Rus çeviri yayınlanması ile Baer'i onurlandırdı.

Bu gerçekler İkinci Dünya Savaşı'ndan sonra tamamen unutuldu . Böylece 2001 yılında kütüphane içinde 1843 typescript keşfi arşivleri arasında Giessen Üniversitesi ve açıklamalı yayında bilimsel bir histi. Baer'in orijinal çalışmasının tam metni çevrimiçi olarak mevcuttur (234 sayfa). Editör, faksın yeniden basımına İngilizce bir önsöz, Avrasya'nın iki renkli permafrost haritası ve permafrost özelliklerinin bazı figürlerini ekledi . Baer'in metni, Estonyalı tarihçi Erki Tammiksaar tarafından yazılan ek 66 sayfa üzerinde ayrıntılı yorumlar ve referanslarla tanıtıldı. Çalışmayı okumak büyüleyici, çünkü hem Baer'in permafrost dağılımı üzerindeki gözlemleri hem de periglacial morfolojik tanımları bugün büyük ölçüde hala doğru. Baer, ​​yer buzu ve permafrost hakkında mevcut tüm verilerin derlenmesi ve analizi ile modern permafrost terminolojisinin temellerini attı. Baer'in 1843'te çizilen Avrasya'daki permafrost güney sınırı , Uluslararası Permafrost Birliği'nin (J. Brown ve diğerleri tarafından düzenlenmiş) Permafrost Çevresi-Arktik Haritası ve Yer Buz Koşulları'ndaki gerçek güney sınırına çok iyi karşılık gelir .

1942'den başlayarak, Siemon William Muller , Kongre Kütüphanesi ve ABD Jeolojik Araştırma Kütüphanesi tarafından tutulan ilgili Rus literatürünü araştırdı, böylece hükümete bir mühendislik saha rehberi ve permafrost hakkında teknik bir rapor verebildi", yıl terimi, kalıcı olarak donmuş zeminin daralması olarak icat etti.İlk olarak sınıflandırılmış olmasına rağmen (ABD Ordusu. Mühendislik Şefi Ofisi, Stratejik Mühendislik Çalışması , no. 62, 1943), 1947'de gözden geçirilmiş bir rapor kamuya açık olarak yayınlandı. Konuyla ilgili ilk Kuzey Amerika incelemesi olarak kabul edilir.

Sınıflandırma ve kapsam

Kırmızı çizgiler: Mevsimsel aşırı sıcaklıklar (noktalı=ortalama).

Kalıcı don olan toprak , kaya veya tortu ikiden fazla yıl üst üste dondurulur. Buzla kaplı olmayan alanlarda, her yıl donup çözülen ve "aktif tabaka" olarak adlandırılan bir toprak, kaya veya tortu tabakasının altında bulunur. Pratikte bu, permafrost'un yıllık ortalama -2 °C (28.4 °F) veya daha düşük bir sıcaklıkta meydana geldiği anlamına gelir. Aktif katman kalınlığı mevsime göre değişir, ancak 0,3 ila 4 metre kalınlığındadır (Kuzey Kutbu kıyısı boyunca sığ; güney Sibirya ve Qinghai-Tibet Platosu'nda derin ).

Permafrost'un kapsamı, permafrost tarafından kapsanan alana göre sürekli (%90-100), süreksiz (%50-90), sporadik (%10-50), ve izole yamalar (%10 veya daha az). Bu permafrost bölgeleri birlikte Kuzey Yarımküre'nin yaklaşık %22'sini kaplar. Sürekli permafrost bölgesi, bu alanın yarısından biraz fazlasını kaplar, süreksiz permafrost yüzde 20 civarında ve sporadik permafrost, izole yamalar ile birlikte yüzde 30'dan biraz daha azını kaplar. Permafrost bölgelerinin altında tamamen permafrost bulunmadığından, Kuzey Yarımküre'nin buzsuz alanının sadece %15'i aslında permafrost tarafından kaplanmıştır. Bu bölgenin çoğu Sibirya, kuzey Kanada, Alaska ve Grönland'da bulunur. Aktif katmanın altında, permafrost'un yıllık sıcaklık dalgalanmaları derinlikle birlikte küçülür. En derin permafrost derinliği, jeotermal ısının donma noktasının üzerinde bir sıcaklığı koruduğu yerde meydana gelir. Bu alt sınırın üzerinde, tutarlı bir yıllık sıcaklığa sahip permafrost olabilir - "izotermal permafrost".

Kapsamın sürekliliği

Permafrost tipik olarak , yıllık ortalama hava sıcaklığının suyun donma noktasından daha düşük olduğu herhangi bir iklimde oluşur . İstisnalar, Kuzey İskandinavya ve Avrupa Rusya'nın Uralların batısındaki Kuzey-Doğu kısmı gibi, karın bir yalıtım örtüsü görevi gördüğü nemli kuzey ormanlarında bulunur . Buzullu alanlar da istisna olabilir. Tüm buzullar tabanlarında jeotermal ısı ile ısıtıldığından , basınç-erime noktasına yakın olan ılıman buzullar , zemin ile arayüzde sıvı suya sahip olabilir ve bu nedenle altta permafrost bulunmaz. Pleistosen sırasında derin permafrost'un geliştiği bölgelerde Jeotermal gradyandaki "fosil" soğuk anomalileri birkaç yüz metreye kadar devam ediyor. Bu, Kuzey Amerika ve Avrupa'daki sondaj kuyularındaki sıcaklık ölçümlerinden açıkça görülmektedir.

süreksiz permafrost

Yer altı sıcaklığı mevsimden mevsime hava sıcaklığından daha az değişir ve yıllık ortalama sıcaklıklar jeotermal kabuk gradyanının bir sonucu olarak derinlikle birlikte artma eğilimindedir. Bu nedenle, ortalama yıllık hava sıcaklığı 0 °C'nin (32 °F) sadece biraz altındaysa, permafrost yalnızca korunaklı noktalarda - genellikle kuzey veya güney yönü olan (sırasıyla kuzey ve güney yarım kürelerde) - süreksiz permafrost oluşturan noktalarda oluşacaktır. . Genellikle, yıllık ortalama toprak yüzey sıcaklığının -5 ve 0 °C (23 ve 32 °F) arasında olduğu bir iklimde permafrost süreksiz kalacaktır. Daha önce bahsedilen nemli-kışlı bölgelerde, -2 °C'ye (28 °F) kadar süreksiz permafrost bile olmayabilir. Süreksiz permafrost, genellikle , permafrost'un peyzajın yüzde 50 ila 90'ını kapladığı ve genellikle -2 ila -4 °C (28 ve 25 °F) arasında yıllık ortalama sıcaklıklara sahip alanlarda ve sporadik bölgelerde bulunduğu, yaygın süreksiz permafrost'a ayrılır. permafrost , permafrost örtüsünün peyzajın yüzde 50'sinden daha az olduğu ve tipik olarak 0 ila -2 °C (32 ve 28 °F) arasındaki yıllık ortalama sıcaklıklarda meydana gelir. Toprak biliminde, sporadik permafrost bölgesi SPZ ve kapsamlı süreksiz permafrost bölgesi DPZ olarak kısaltılır . İstisnalar , kışların bugünkünden 11 °C (20 °F) daha soğuk olduğu buzul çağlarındaki iklim koşullarının bir kalıntısı olan mevcut permafrost derinliğinin bulunduğu buzullaşmamış Sibirya ve Alaska'da meydana gelir .

Sürekli donma

Bölgeye göre Alp permafrostunun tahmini kapsamı
yerellik Alan
Qinghai-Tibet Platosu 1.300.000 km 2 (500.000 sq mi)
Khangai - Altay Dağları 1,000,000 bölgesinin 2 (390.000 sq mi)
Brooks Aralığı 263.000 km 2 (102.000 sq mi)
Sibirya Dağları 255.000 km 2 (98000 sq mi)
Grönland 251.000 km 2 (97,000 sq mi)
Ural Dağları 125,000 km 2 (48.000 sq mi)
And Dağları 100.000 km 2 (39,000 sq mi)
Rocky Dağları (ABD ve Kanada) 100.000 km 2 (39,000 sq mi)
Fennoskandiya dağları 75,000 km 2 (29,000 sq mi)
Geriye kalan <100,000 km 2 (39,000 sq mi)

-5 °C'nin (23 °F) altındaki yıllık ortalama toprak yüzey sıcaklıklarında, görünümün etkisi asla permafrost'u çözmek için yeterli olamaz ve sürekli bir permafrost bölgesi ( CPZ olarak kısaltılır ) oluşur. Bir sürekli permafrostların çizgisi içinde Kuzey yarımkürede arazi sürekli sürekli donmuş veya buzul buzla kaplıdır en güney sınırını temsil eder. Sürekli permafrost çizgisi, bölgesel iklim değişiklikleri nedeniyle dünya çapında kuzeye veya güneye doğru değişir. In güney yarımkürede , eşdeğer hattının çoğu içinde düşeceği Güney Okyanusu arazi var olsaydı. Antarktika kıtasının çoğu , altında arazinin çoğunun bazal erimeye maruz kaldığı buzullarla kaplıdır . Açıkta kalan Antarktika topraklarının altında, bazıları kıyı şeridi boyunca ısınmaya ve çözülmeye maruz kalan permafrost önemli ölçüde bulunur.

Alp permafrost

Alpin permafrost, sürekli donmuş zemini sürdürmek için yeterince düşük ortalama sıcaklıklara sahip yüksekliklerde meydana gelir; Alpin permafrost'un çoğu süreksizdir. Alp permafrostunun toplam alanıyla ilgili tahminler değişiklik gösterir. Bockheim ve Munroe üç kaynağı birleştirilir ve 3.560.000 km toplamda bölgeye göre tablo tahminleri yapılmış 2 (1.370.000 sq mi).

And Dağları'ndaki Alp permafrost haritası çıkarılmamıştır. Kapsamı, bu alanlarda bağlı su miktarını değerlendirmek için modellenmiştir. 2009 yılında, Alaska'dan bir araştırmacı , ekvatorun yaklaşık 3° güneyinde, Afrika'nın en yüksek zirvesi olan Kilimanjaro Dağı'nda 4.700 m (15.400 ft) seviyesinde permafrost buldu .

denizaltı permafrost

Deniz altı permafrost, deniz tabanının altında oluşur ve kutup bölgelerinin kıta sahanlıklarında bulunur. Bu alanlar, son buzul çağında, Dünya'nın suyunun daha büyük bir bölümünün karadaki buz tabakalarına bağlandığı ve deniz seviyelerinin düşük olduğu zamanlarda oluşmuştur. Buz tabakaları tekrar deniz suyuna dönüşmek üzere eridiğinde, permafrost, yüzey permafrost ile karşılaştırıldığında, nispeten sıcak ve tuzlu sınır koşulları altında batık raflar haline geldi. Bu nedenle, denizaltı permafrost, azalmasına yol açan koşullarda bulunur. Osterkamp'a göre, deniz altı permafrost, "kıyı tesislerinin, deniz tabanına kurulan yapıların, yapay adaların, deniz altı boru hatlarının ve keşif ve üretim için açılan kuyuların tasarımı, inşası ve işletilmesinde" bir faktördür. Aynı zamanda, "potansiyel bir bol enerji kaynağı" olan ancak aynı zamanda deniz altı permafrostunun ısınması ve çözülmesiyle istikrarsızlaşabilen ve güçlü bir sera gazı olan büyük miktarlarda metan gazı üreten gaz hidratları da içerir.

tezahürler

Alaska , Prudhoe Körfezi'nde permafrost'un derinliğe ulaşması için gereken süre
Zaman (yıl) kalıcı don derinliği
1 4,44 m (14,6 ft)
350 79,9 m (262 ft)
3.500 219,3 m (719 ft)
35.000 461.4 m (1.514 ft)
100.000 567,8 m (1,863 ft)
225.000 626,5 m (2.055 ft)
775.000 687,7 m (2.256 ft)

Taban derinliği

Permafrost, Dünya'dan gelen jeotermal ısının ve yüzeydeki ortalama yıllık sıcaklığın 0 °C'lik bir denge sıcaklığına ulaştığı bir taban derinliğine kadar uzanır. Sibirya'daki kuzey Lena ve Yana Nehri havzalarında permafrost'un taban derinliği 1.493 m'ye (4.898 ft) ulaşır . Jeotermal gradyan derinliği artan göre artan sıcaklık oranıdır toprak 'in iç. Tektonik levha sınırlarından uzakta, dünyanın çoğu yerinde yüzeye yakın yaklaşık 25–30 °C/km (124–139 ​​°F/mi)'dir. Jeolojik malzemenin termal iletkenliğine göre değişir ve topraktaki permafrost için ana kayaya göre daha azdır.

Hesaplamalar , Alaska'daki Prudhoe Körfezi'nin altında yatan derin donmuş tabakayı oluşturmak için gereken sürenin yarım milyon yıldan fazla olduğunu gösteriyor. Bu, Pleistosen'in birkaç buzul ve buzullar arası döngüsüne yayıldı ve Prudhoe Körfezi'nin mevcut ikliminin muhtemelen o dönem boyunca ortalama olarak olduğundan çok daha sıcak olduğunu gösteriyor. Son 15.000 yılda böyle bir ısınma yaygın olarak kabul edilmektedir. Sağdaki tablo, ilk yüz metrelik permafrost'un nispeten hızlı oluştuğunu, ancak daha derin seviyelerin giderek daha uzun sürdüğünü göstermektedir.

Büyük yer buzu

Herschel Adası'nın kuzey kıyısında, Yukon, Kanada'da devasa mavi zemin buzuna maruz kalma.

Bir permafrostun buz içeriği yüzde 250'yi (kütlece buzdan kuru toprağa) aştığında, büyük buz olarak sınıflandırılır . Büyük buz kütleleri, buzlu çamurdan saf buza kadar akla gelebilecek her derecedeki bileşimde değişebilir. Masif buzlu yatakların minimum kalınlığı en az 2 m ve kısa çapı en az 10 m'dir. İlk kaydedilen Kuzey Amerika gözlemleri, 1919'da Alaska'daki Canning River'da Avrupalı ​​bilim adamları tarafından yapıldı. Rus edebiyatı, P. Lassinius ve Kh tarafından Büyük Kuzey Seferi sırasında 1735 ve 1739 daha erken bir tarih sağlar. Sırasıyla P. Laptev. İki büyük kütleli buz kategorisi, gömülü yüzey buzu ve intrasedimental buzdur ( yapısal buz olarak da adlandırılır ).

Gömülü yüzey buzu kar, donmuş göl veya deniz buzu, aufeis (karaya oturmuş nehir buzu) ve -muhtemelen en yaygın olan- gömülü buzul buzundan kaynaklanabilir.

Yeraltı sularının yerinde donmasıyla tortul içi buz oluşur ve suyun donma cephesine göç etmesiyle birlikte ıslak tortuların donması sırasında meydana gelen kristalleşme farklılaşmasından kaynaklanan segregasyon buzunun hakimiyetindedir.

İntrasedimental veya yapısal buz, Kanada genelinde geniş çapta gözlemlenmiş ve incelenmiştir ve ayrıca müdahaleci ve enjeksiyonlu buz içerir.

Ek olarak, buz kamaları - ayrı bir buz türü - tanınabilir desenli zemin veya tundra çokgenleri üretir. Buz kamaları önceden var olan bir jeolojik alt tabakada oluşur ve ilk olarak 1919'da tanımlanmıştır.

Herschel Adası'nın güney kıyısında yaklaşık 22 metreye (72 ft) 1.300 metre (4.300 ft) bir tepe duvarı içinde yer alan geriye dönük bir çözülme çökmesinin uçurum duvarındaki buz kamaları ve tortul içi buz da dahil olmak üzere çeşitli büyük buz türleri.

yeryüzü şekilleri

Permafrost süreçleri, palsalar ve pingolar gibi büyük ölçekli arazi formlarında ve kutup, periglacial ve alpin alanlarda bulunan desenli zemin gibi daha küçük ölçekli fenomenlerde kendini gösterir .

Permafrostta karbon döngüsü

Donmuş karbon döngüsü (Arktik Karbon Döngüsü) geri bitki atmosfere karasal bitki ve mikroplara karşı donmuş topraklardan karbon transferi, ve son olarak da geri donmuş topraklara gömme ve çökelme yoluyla bağlı kriyojenik işlemlere ile ilgilidir. Bu karbonun bir kısmı, küresel karbon döngüsü yoluyla okyanusa ve dünyanın diğer bölümlerine aktarılır. Döngü, karasal bileşenler ve atmosfer arasında karbondioksit ve metan değişiminin yanı sıra, kara ve su arasında metan, çözünmüş organik karbon , çözünmüş inorganik karbon , partiküllü inorganik karbon ve partiküllü organik karbon olarak karbon transferini içerir .

İklim değişikliği etkileri

Arktik permafrost yüzyıllardır azalmaktadır. Sonuç, daha zayıf olabilen toprağın çözülmesi ve mikrobiyal ayrışmanın neden olduğu bir geri besleme döngüsünün parçası olarak artan küresel ısınma oranına katkıda bulunan metan salınımıdır . Drenaj veya buharlaşma nedeniyle kuruyan sulak alanlar, bitki ve hayvanların hayatta kalma yeteneklerini tehlikeye atar. Permafrost azalmaya devam ettiğinde, birçok iklim değişikliği senaryosu güçlendirilecektir. Permafrost'un yüksek olduğu bölgelerde, permafrost'un çözülmesi nedeniyle çevredeki altyapı ciddi şekilde zarar görebilir.

Tarihsel değişiklikler

Yakın zamanda , 2013 yılında Alaska , Point Lonely yakınlarındaki Beaufort Denizi, Arktik Okyanusu'nda Arktik permafrost ve kıyı erozyonu çözüldü .

At Son buzul , sürekli sürekli donmuş buz serbest tümünü kapsayan, bugün öyle çok daha büyük alanı kaplıyordu Avrupa hakkında güneyde Szeged (güneydoğu Macaristan) ve Azak Denizi (daha sonra kuru toprak) ve Doğu Asya'da varsa bunların güneye gün Changchun ve Abashiri . In Kuzey Amerika , permafrost sadece son derece dar bir bant güney varolan buz tabakasının enlemi yaklaşık olarak New Jersey güney aracılığıyla Iowa ve kuzey Missouri , ancak güney sınırına uzatıldı nerede Permafrost kurutucu batı bölgelerde daha kapsamlı Idaho ve Oregon . Güney yarımkürede, Orta Otago ve Arjantin Patagonya'sında bu döneme ait eski permafrost için bazı kanıtlar var , ancak muhtemelen süreksizdi ve tundra ile ilgili. Alp permafrost, Drakensberg'de yaklaşık 3.000 metrenin (9.840 ft) üzerindeki buzul maksimumu sırasında da meydana geldi .

çözülme

Tanım olarak, permafrost, iki veya daha fazla yıl boyunca donmuş kalan zemindir. Zemin, ana kaya, tortu, organik madde, su veya buz dahil olmak üzere birçok alt tabaka malzemesinden oluşabilir. Donmuş zemin, alt tabakada su bulunsun veya bulunmasın, suyun donma noktasının altında olan zemindir. Zemin buzu, gözeneksiz anakayada olduğu gibi her zaman mevcut değildir, ancak sıklıkla meydana gelir ve çözülmüş alt tabakanın potansiyel hidrolik doygunluğunu aşan miktarlarda mevcut olabilir .

Çözülme sırasında toprağın buz içeriği erir ve su boşaldıkça veya buharlaştıkça toprak yapısının zayıflamasına ve bazen nem içeriğinin azalmasıyla gücünü yeniden kazanana kadar viskoz hale gelmesine neden olur. Çözülme, toprak gazlarının atmosferle değişim oranını da etkileyebilir . Permafrost bozulmasının görünür bir işareti, ağaçların permafrost alanlarındaki dikey yönlerinden rastgele yer değiştirmesidir .

Şev stabilitesi üzerindeki etkisi

Geçen yüzyılda, dünya çapındaki sıradağlarda artan sayıda alpin kaya şev yenilme olayı kaydedilmiştir. Yüksek sayıda yapısal başarısızlığın, iklim değişikliğiyle bağlantılı olduğu düşünülen permafrost çözülmesinden kaynaklanması bekleniyor. Permafrost erimesinin, İtalya Alpleri'nde 22 kişinin ölümüne neden olan 1987 Val Pola toprak kaymasına katkıda bulunduğu düşünülüyor . Dağlık alanlarda, yapısal istikrarın çoğu buzullara ve permafrost'a atfedilebilir. İklim ısındıkça, permafrost çözülür, bu da daha az kararlı bir dağ yapısına ve nihayetinde daha fazla eğim hatasına neden olur. Artan sıcaklıklar, daha derin aktif katman derinliklerine izin vererek artan su sızmasına neden olur. Toprak içindeki buz erir ve toprak mukavemetinde kayıplara, hareketin hızlanmasına ve olası enkaz akışlarına neden olur.

McSaveney büyük kaya ve buz (yukarı 11,8 milyona m düşer bildirilen 3 (3.9 Richter kadar) depremler, seller (en çok 7.8 milyon m,) 3 su) ve uzun mesafelere hızla kaya buz akışı (7,5 km yol 60 m/s) yüksek dağ permafrostunda “yamaçların duraysızlığından” kaynaklanır. Permafrostun ısınmasında donma noktasına yakın yüksek sıcaklıklarda permafrosttaki eğimlerin kararsızlığı, bu topraklarda efektif gerilme ve boşluk suyu basıncının birikmesi ile ilgilidir. Kia ve ortak mucitleri, ısınan permafrost topraklar gibi kısmen donmuş topraklarda boşluk suyu basıncını ölçmek için yeni bir filtresiz katı piyezometre (FRP) icat etti. Isınma permafrost şevlerinin şev stabilite analizinde kullanılmak üzere efektif gerilme kavramının kullanımını kısmen donmuş zeminlere kadar genişlettiler. Efektif gerilme kavramının kullanılmasının, "Kritik Durum Zemin Mekaniği" kavramlarını donmuş zemin mühendisliğine genişletme yeteneği gibi birçok avantajı vardır.

Yüksek dağlarda , kaya kütlelerinin permafrost ile çözülmesi nedeniyle kaya düşmeleri meydana gelebilir.

Ekolojik sonuçlar

Kuzey çevre kutup bölgesinde, permafrost, tüm topraklardaki tüm organik materyallerin neredeyse yarısına eşit olan 1700 milyar ton organik materyal içerir. Bu havuz binlerce yılda inşa edildi ve Kuzey Kutbu'ndaki soğuk koşullar altında ancak yavaş yavaş bozuluyor. Permafrostta tutulan karbon miktarı, modern zamanlarda insan faaliyetleri nedeniyle atmosfere salınan karbonun dört katıdır. Bunun bir tezahürü, hacimce % 50-90 buz içeriğine sahip, organik olarak zengin (kütlece yaklaşık %2 karbon) Pleistosen yaşlı lös permafrost olan yedoma'dır .

Permafrost oluşumunun ekolojik sistemler için önemli sonuçları vardır, öncelikle köklenme bölgelerine uygulanan kısıtlamalar nedeniyle, aynı zamanda yeraltı evleri gerektiren fauna için in ve yuva geometrilerindeki sınırlamalar nedeniyle . İkincil etkiler , habitatları permafrost tarafından sınırlanan bitki ve hayvanlara bağlı türleri etkiler . En yaygın örneklerden biri, geniş permafrost alanlarda siyah ladin hakimiyetidir , çünkü bu tür yakın yüzeye sınırlı köklenme modelini tolere edebilir.

Aktif tabakadan bir gram toprak, bir milyardan fazla bakteri hücresi içerebilir. Bir kilogram aktif tabaka toprağının bakterileri yan yana yerleştirilirse 1000 km uzunluğunda bir zincir oluşturacaktır. Permafrost topraktaki bakteri sayısı büyük ölçüde değişir, tipik olarak toprağın gramı başına 1 ila 1000 milyon arasında değişir. Permafrost topraktaki bu bakteri ve mantarların çoğu laboratuvarda kültürlenemez, ancak mikroorganizmaların kimliği DNA tabanlı tekniklerle ortaya çıkarılabilir.

Kuzey Kutbu bölgesi, sera gazları metan ve karbondioksitin birçok doğal kaynağından biridir. Küresel ısınma, hem mevcut depolardan metan salınımı hem de çürüyen biyokütledeki metanojenez nedeniyle salınımını hızlandırıyor . Büyük miktarlarda metan, Kuzey Kutbu'nda doğal gaz yataklarında, permafrostta ve denizaltı klatratı olarak depolanır . Permafrost ve klatratlar ısınmayla bozulur ve bu nedenle, küresel ısınmanın bir sonucu olarak bu kaynaklardan büyük metan salınımları ortaya çıkabilir. Diğer metan kaynakları arasında denizaltı talikleri , nehir taşımacılığı, buz kompleksi geri çekilmesi, denizaltı permafrost ve çürüyen gaz hidrat birikintileri bulunur. Ön bilgisayar analizleri, permafrost'un bugünün insan faaliyetlerinden kaynaklanan emisyonlarının yüzde 15'ine eşit karbon üretebileceğini gösteriyor.

Sergey Zimov tarafından desteklenen bir hipotez , büyük otobur sürülerinin azalmasının, permafrost'un net çözülme eğilimini artıracak şekilde enerji emisyonu ve enerji absorpsiyon tundra (enerji dengesi) oranını arttırdığıdır. Bu hipotezi kuzeydoğu Sibirya'daki bir doğa rezervi olan Pleistosen Parkı'ndaki bir deneyde test ediyor .

Kuzey Kutbu'nda tahmin edilen değişim oranı

IPCC Beşinci Değerlendirme Raporuna göre, 1980'lerin başından beri çoğu bölgede permafrost sıcaklıklarının arttığına dair yüksek bir güven vardır. Gözlemlenen ısınma, Kuzey Alaska'nın bazı kısımlarında (1980'lerin başından 2000'lerin ortalarına kadar) 3 °C'ye kadar ve Rusya'nın Kuzey Avrupa'sının bazı kısımlarında (1971–2010) 2 °C'ye kadar çıkmıştır. In Yukon , sürekli permafrostların bölge 1899 yılından bu yana 100 kilometre (62 mil) poleward taşınmış olabilir, ama kesin kayıtlar sadece 30 yıl geriye gidin. Permafrost'un çözülmesinin , güçlü sera gazları olan metan ve diğer hidrokarbonları salarak küresel ısınmayı şiddetlendirebileceği düşünülüyor . Aynı zamanda erozyonu teşvik edebilir, çünkü permafrost çorak Arktik yamaçlarına stabilite verir.

Arktik sıcaklıklarının küresel oranın kabaca iki katı artması bekleniyor. İklim değişikliği uluslararası paneli (İPCC) kendi içinde olacak beşinci rapor 2100 tahminler nasıl değişiklik ile ° C Arctic sıcaklık 2040 1,5 ve 2,5 ° C arasında yükselir ve 2 ila 7.5 ile gelecekte için senaryoları oluşturmak çözülmüş permafrost topraklardan tonlarca sera gazı salınır. Bir Tahmin, CO 110-231.000.000.000 ton anlaşılacağı 2 yıllık ortalama emisyon oranı 2100 Bu tekabül ile 2040 yayılan olacaktır (karbon dioksit ve metandan diğer yarısından yarısı) eşdeğeri ve 850-1400000000000 ton CO 4-8 milyar ton 2 eşdeğer süre 2011-2040 ve CO yılda 10-16000000000 ton 2 çözülme sürekli donmuş bir sonucu olarak bir süre 2011-2100 içinde eşdeğer. Karşılaştırma için, 2010 yılında tüm sera gazlarının insan kaynaklı emisyon CO yaklaşık 48 milyar tondur 2 eşdeğeri. Sera gazlarının çözülmüş permafrosttan atmosfere salınması küresel ısınmayı artırır.

Organizmaların permafrostta korunması

Mikroplar

Bilim adamları , virüslerin yanı sıra mantar ve bakteriler de dahil olmak üzere 10 21'e kadar mikropun yılda eriyen buzdan salınacağını tahmin ediyor. Çoğu zaman, bu mikroplar doğrudan okyanusa salınacaktır. Birçok balık ve kuş türünün göçmen doğası gereği, bu mikropların yüksek bir bulaşma hızına sahip olması mümkündür.

Doğu İsviçre'deki permafrost, araştırmacılar tarafından 2016 yılında “Muot-da-Barba-Peider” adlı bir dağ permafrost sahasında analiz edildi. Bu saha, çeşitli bakteri ve ökaryotik grupların bulunduğu çeşitli bir mikrobiyal topluluğa sahipti. Tanınmış bakteri grupları dahil filum Acidobacteria , Actinobacteria'lar , AD3, Bacteroidetes , Klorofleksi , Gemmatimonadetes , OD1, Nitrospirae , Planctomycetes , Proteobakteriler ve Verrucomicrobia . Önde gelen ökaryotik mantarlar Ascomycota , Basidiomycota ve Zygomycota'yı içeriyordu . Mevcut türlerde bilim adamları, azaltılmış ve anaerobik metabolik süreçler dahil olmak üzere sıfırın altındaki koşullar için çeşitli uyarlamalar gözlemlediler.

Bir 2016 salgını şarbon içinde Yamal Yarımadası'nda çözdürme permafrost nedeniyle olduğuna inanılmaktadır. Sibirya permafrostunda ayrıca iki virüs türü bulunur: Pithovirus sibericum ve Mollivirus sibericum. Bunların her ikisi de yaklaşık 30.000 yaşında ve çoğu bakteriden daha büyük olmaları ve diğer virüslerden daha büyük genomlara sahip olmaları nedeniyle dev virüsler olarak kabul ediliyor . Her iki virüs de , bir amip cinsi olan Acanthamoeba'yı enfekte etme yetenekleriyle görüldüğü gibi, hala enfektiftir .

Düşük sıcaklıklarda dondurmanın virüslerin bulaşıcılığını koruduğu gösterilmiştir. Calicivirüsler, influenza A ve enterovirüsler (örn. Poliovirüsler, ekovirüsler, Coxsackie virüsleri) buz ve/veya permafrost içinde korunmuştur. Bilim adamları, bir virüsün buzda başarılı bir şekilde korunması için gerekli üç özelliği belirlediler: yüksek bolluk, buzda taşınma yeteneği ve buzdan salındıktan sonra hastalık döngülerini sürdürme yeteneği. Permafrost veya buzdan insanlara doğrudan bir enfeksiyon olduğu gösterilmemiştir; bu tür virüsler tipik olarak diğer organizmalar veya abiyotik mekanizmalar yoluyla yayılır.

Kolyma Ovası'ndan (bir doğu Sibirya ovası) geç Pleistosen Sibirya permafrost örnekleri üzerinde yapılan bir çalışmada, bu mikroorganizmaların hangi filumlara ait olduğunu belirlemek için DNA izolasyonu ve gen klonlaması (özellikle 16S rRNA genleri) kullanıldı. Bu teknik, bilinen mikroorganizmaların yeni keşfedilen örnekleriyle karşılaştırılmasına izin verdi ve filum Actinobacteria ve Proteobacteria'ya ait sekiz filotipi ortaya çıkardı .

Bitkiler

2012'de Rus araştırmacılar , Sibirya permafrostunda bir Buz Devri sincap yuvasında bulunan 30.000 yıllık dokudan Silene stenophylla'yı canlandırarak permafrost'un eski yaşam formları için doğal bir depo olarak hizmet edebileceğini kanıtladılar . Bu, şimdiye kadar yeniden canlandırılan en eski bitki dokusudur. Bitki verimliydi, beyaz çiçekler ve canlı tohumlar üretiyordu. Çalışma, dokunun on binlerce yıl boyunca buz muhafazasında hayatta kalabileceğini gösterdi.

dünya dışı permafrost

Diğer sorunlar

Uluslararası Permafrost Derneği (IPA) sürekli donmuş ilgili konuların bir tamamlayıcıdır. Uluslararası Permafrost Konferansları düzenler, veri tabanları, haritalar, bibliyografyalar, sözlükler gibi özel projeler üstlenir, uluslararası saha programları ve ağları koordine eder. IPA tarafından ele alınan diğer konular arasında şunlar bulunmaktadır: Yapıların yerleştirildiği zeminin toprak özelliklerinin ve permafrosttaki biyolojik süreçlerin değişmesi nedeniyle permafrost üzerinde inşaat sorunları, örn . in situ donmuş organizmaların korunması .

Permafrost üzerinde inşaat

Permafrost üzerine bina yapmak zordur çünkü binanın (veya boru hattının ) ısısı permafrostu ısıtabilir ve yapıyı istikrarsızlaştırabilir. Isınma, toprağın çözülmesine ve bunun sonucunda buz içeriği suya dönüştüğü için yapı desteğinin zayıflamasına neden olabilir; alternatif olarak, yapıların kazıklar üzerine inşa edildiği durumlarda , zemin donmuş halde kalsa bile, kazıklar üzerindeki sürtünmenin değişmesi nedeniyle ısınma sünme yoluyla harekete neden olabilir .

Üç yaygın çözüm şunları içerir: temellerin ahşap yığınlar üzerinde kullanılması ; kalın bir çakıl zemin üzerine inşa etmek (genellikle 1-2 metre/3.3-6.6 fit kalınlığında); veya susuz amonyak ısı boruları kullanarak . Trans-Alaska Boru Hattı Sistemi kullandığı dikey desteklerin yerleşik boruları ısıtmak batan ve boru hattının önlemek için Qingzang demiryolu yılında Tibet olduğu bölgelerde, hem zemin serin tutmak için çeşitli yöntemler kullanmaktadır dona duyarlı toprağa . Permafrost, gömülü tesisler için " utilidors " adı verilen özel muhafazalar gerektirebilir .

Melnikov Permafrost Enstitüsü içinde Yakutsk , zemin içine büyük binaların batan 15 metre (49 fit) veya daha fazla aşağıya doğru uzanan hav temel kullanılarak engellenebilir bulmuştur. Bu derinlikte sıcaklık mevsimlerle değişmez, yaklaşık -5 °C'de (23 °F) kalır.

Permafrost'un çözülmesi, endüstriyel altyapı için bir tehdit oluşturuyor. Mayıs 2020'de Norilsk-Taimyr Energy'nin 3 No'lu Termik Santralinde permafrost eritilmesi, bir petrol depolama tankının çökmesine neden olarak yerel nehirleri 21.000 metreküp (17.500 ton) mazotla doldurdu. 2020 Norilsk petrol sızıntısı modern Rus tarihinin ikinci en büyük petrol sızıntısı olarak tarif edilmiştir.

Ayrıca bakınız

Referanslar

Dış bağlantılar