Mga walang hanggang nagyelo na lupa: mga lugar ng pamamahagi, temperatura, mga tampok sa pag-unlad

2024 May -akda: Henry Conors | [email protected]. Huling binago: 2024-02-12 13:59

Mula sa artikulong ito matututunan mo ang tungkol sa mga tampok ng mga permafrost na lupa na karaniwan sa mga permafrost zone. Sa geology, ang permafrost ay lupa, kabilang ang mabato (cryotic) na lupa, na naroroon sa nagyeyelong temperatura na 0 °C o mas mababa sa loob ng dalawa o higit pang taon. Karamihan sa permafrost ay matatagpuan sa matataas na latitude (sa loob at paligid ng Arctic at Antarctic na rehiyon), ngunit, halimbawa, sa Alps ito ay matatagpuan sa mas matataas na lugar.

Ang ground ice ay hindi palaging naroroon, gaya ng maaaring mangyari sa non-porous bedrock, ngunit madalas itong matatagpuan sa mga dami na lampas sa potensyal na hydraulic saturation ng ground material. Binubuo ng Permafrost ang 0.022% ng kabuuang tubig sa Earth at umiiral sa 24% ng open land sa Northern Hemisphere. Nagaganap din ito sa ilalim ng tubig sa mga continental shelves ng mga kontinente na nakapalibot sa Arctic Ocean. Ayon sa isang grupo ng mga siyentipiko, isang pandaigdigang pagtaas ng temperatura na 1.5 °C (2.7 °F) sa itaas ng kasalukuyangsapat na ang mga antas upang simulan ang lasaw ng permafrost sa Siberia.

Pag-aaral

Kabaligtaran sa relatibong kakulangan ng mga ulat sa mga nagyelo na lupa sa North America bago ang World War II, ang literatura sa mga aspeto ng engineering ng permafrost ay magagamit sa Russian. Simula noong 1942, sinaliksik ni Simon William Muller ang mga nauugnay na literatura na hawak ng Library of Congress at Library of the United States Geological Survey upang mabigyan ang gobyerno ng engineering manual at teknikal na ulat sa permafrost noong 1943.

Definition

Ang

Permafrost ay lupa, bato o sediment na na-freeze nang higit sa dalawang magkasunod na taon. Sa mga lugar na hindi natatakpan ng yelo, umiiral ang mga ito sa ilalim ng isang layer ng lupa, bato, o sediment na nagyeyelo at natunaw bawat taon at tinatawag na "aktibong layer". Sa pagsasagawa, nangangahulugan ito na ang permafrost ay nangyayari sa isang average na taunang temperatura na -2 °C (28.4 °F) o mas mababa. Ang kapal ng aktibong layer ay nag-iiba ayon sa panahon, ngunit umaabot sa 0.3 hanggang 4 na metro (mababaw sa baybayin ng Arctic; malalim sa timog Siberia at Qinghai-Tibetan Plateau).

Heograpiya

Kumusta naman ang pagkalat ng permafrost? Ang lawak ng permafrost ay nag-iiba ayon sa klima: ngayon sa Northern Hemisphere, 24% ng lugar na walang yelo sa lupa - katumbas ng 19 na milyong kilometro kuwadrado - ay halos apektado ng permafrost.

Bahagyang higit sa kalahati ng lugar na ito ay natatakpan ng tuluy-tuloy na permafrost,humigit-kumulang 20 porsiyento ay hindi tuluy-tuloy na permafrost at mas mababa sa 30 porsiyento ay sporadic permafrost. Karamihan sa teritoryong ito ay matatagpuan sa Siberia, hilagang Canada, Alaska at Greenland. Sa ilalim ng aktibong layer, ang taunang pagbabagu-bago ng temperatura ng permafrost ay nagiging mas maliit sa lalim. Ang pinakamalalim na lalim ng permafrost ay nangyayari kung saan ang init ng geothermal ay nagpapanatili ng mga temperatura na higit sa pagyeyelo. Sa itaas ng limitasyong ito, maaaring mayroong permafrost, ang temperatura na hindi nagbabago taun-taon. Ito ay "isothermal permafrost". Ang mga lugar ng permafrost na lupa ay hindi angkop para sa aktibong buhay ng tao.

Klima

Permafrost ay karaniwang nabubuo sa anumang klima kung saan ang average na taunang temperatura ng hangin ay mas mababa sa nagyeyelong punto ng tubig. Ang mga pagbubukod ay matatagpuan sa mga basang klima ng taglamig, tulad ng sa Northern Scandinavia at hilagang-silangan ng Russia sa kanluran ng Urals, kung saan ang snow ay nagsisilbing insulating cover. Ang mga lugar ng glacial ay maaaring mga eksepsiyon. Dahil ang lahat ng glacier ay pinainit sa kanilang mga base sa pamamagitan ng geothermal heat, ang mga temperate na glacier na malapit sa kanilang presyon ng pagkatunaw ay maaaring magkaroon ng likidong tubig sa hangganan ng lupa. Samakatuwid, sila ay libre mula sa permafrost. Ang mga malamig na anomalya ng "fossil" sa geothermal gradient sa mga lugar kung saan ang malalim na permafrost na nabuo sa panahon ng Pleistocene ay nananatili hanggang ilang daang metro. Kitang-kita ito sa mga sukat ng temperatura ng balon sa North America at Europe.

Temperatura sa ilalim ng lupa

Karaniwan, ang temperatura sa ilalim ng lupa ay nag-iiba mula sa bawat panahon na mas mababa kaysa satemperatura ng hangin. Kasabay nito, ang average na taunang temperatura ay may posibilidad na tumaas nang may lalim bilang resulta ng geothermal gradient ng crust ng lupa. Kaya, kung ang average na taunang temperatura ng hangin ay bahagyang mas mababa sa 0 °C (32 °F), ang permafrost ay mabubuo lamang sa mga lugar na protektado - kadalasan sa hilagang bahagi - na lumilikha ng hindi tuloy-tuloy na permafrost. Karaniwan, ang permafrost ay mananatiling hindi nagpapatuloy sa mga klima kung saan ang average na taunang temperatura sa ibabaw ng lupa ay -5 hanggang 0°C (23 hanggang 32°F). Ang mga lugar na may basang taglamig na binanggit sa itaas ay maaaring walang pasulput-sulpot na permafrost hanggang -2 °C (28 °F).

Mga uri ng permafrost

Ang

Permafrost ay kadalasang nahahati pa sa malawak na discontinuous permafrost, kung saan ang permafrost ay sumasakop sa 50 hanggang 90 porsiyento ng landscape at karaniwang matatagpuan sa mga lugar na may average na taunang temperatura na -2 hanggang -4 °C (28 hanggang 25 °F), at sporadic permafrost, kung saan ang permafrost ay sumasakop sa mas mababa sa 50 porsiyento ng landscape at karaniwang nangyayari sa average na taunang temperatura sa pagitan ng 0 at -2 °C (32 at 28 °F). Sa agham ng lupa, ang sporadic permafrost zone ay ang SPZ, habang ang malawak na discontinuous permafrost zone ay ang remote sensing zone. Nangyayari ang mga pagbubukod sa walang glazed na Siberia at Alaska, kung saan ang kasalukuyang lalim ng permafrost ay isang nalalabi sa mga kondisyon ng klima noong Panahon ng Yelo, kung saan ang taglamig ay 11 °C (20 °F) na mas malamig kaysa ngayon.

Temperatura ng permafrost

Kapag ang average na taunang temperatura sa ibabaw ng lupa ay nasa ibaba -5 °C (23 °F), ang impluwensya ng aspetohindi kailanman magiging sapat upang lasawin ang permafrost at bumuo ng tuluy-tuloy na permafrost zone (CPZ para sa maikli). Ang linya ng tuluy-tuloy na permafrost sa Northern Hemisphere ay kumakatawan sa pinakatimog na hangganan kung saan ang lupain ay natatakpan ng tuluy-tuloy na permafrost o glacial na yelo.

Para sa mga malinaw na dahilan, ang pagdidisenyo sa permafrost ay isang napakahirap na gawain. Ang patuloy na linya ng permafrost ay nagbabago sa hilaga o timog sa buong mundo dahil sa pagbabago ng klima sa rehiyon. Sa southern hemisphere, karamihan sa katumbas na linya ay nasa Southern Ocean kung mayroong lupa. Karamihan sa kontinente ng Antarctic ay sakop ng mga glacier, kung saan ang karamihan sa lupain ay napapailalim sa pagkatunaw sa lupa. Ang nakalantad na lupain ng Antarctica ay halos permafrost.

Alps

Ang mga pagtatantya ng kabuuang lugar ng permafrost zone sa Alps ay lubhang nag-iiba. Pinagsama nina Bockheim at Munro ang tatlong pinagmumulan at gumawa ng mga pagtatantya sa tabular ayon sa rehiyon (3,560,000 km2 sa kabuuan).

Alpine permafrost sa Andes ay wala sa mapa. Ang lawak sa kasong ito ay namodelo upang tantiyahin ang dami ng tubig sa mga lugar na ito. Noong 2009, natuklasan ng isang Alaskan researcher ang permafrost sa 4,700 m (15,400 ft) sa pinakamataas na tuktok ng Africa, ang Mount Kilimanjaro, mga 3° hilaga ng ekwador. Ang mga pundasyon sa mga permafrost na lupa sa mga latitude na ito ay karaniwan.

Mga nagyeyelong dagat at nagyeyelong ilalim

Marine permafrost ay nangyayari sa ilalim ng seafloor at umiiral sa polar continental shelvesmga rehiyon. Ang mga lugar na ito ay nabuo noong huling panahon ng yelo, nang ang karamihan sa tubig ng Earth ay nakakulong sa mga sheet ng yelo sa lupa at mababa ang lebel ng dagat. Habang natunaw ang mga ice sheet at naging tubig dagat muli, ang permafrost ay naging mga nakalubog na istante sa ilalim ng medyo mainit at maalat na kondisyon ng hangganan kumpara sa permafrost sa ibabaw. Samakatuwid, ang underwater permafrost ay umiiral sa ilalim ng mga kondisyon na humahantong sa pagbawas nito. Ayon kay Osterkamp, ang subsea permafrost ay isang salik sa “pagdisenyo, pagtatayo at pagpapatakbo ng mga pasilidad sa baybayin, mga istruktura sa ilalim ng dagat, mga artipisyal na isla, mga pipeline sa ilalim ng dagat at mga balon na na-drill para sa paggalugad at produksyon.

Ang

Permafrost ay umaabot hanggang sa kailaliman ng base, kung saan ang init ng geothermal mula sa Earth at ang average na taunang temperatura sa ibabaw ay umaabot sa equilibrium na temperatura na 0 °C. Ang lalim ng permafrost base ay umabot sa 1,493 metro (4,898 ft) sa hilagang basin ng mga ilog ng Lena at Yana sa Siberia. Ang geothermal gradient ay ang rate ng pagtaas ng temperatura na may kaugnayan sa pagtaas ng lalim sa loob ng Earth. Malayo sa mga hangganan ng tectonic plate, ito ay humigit-kumulang 25-30 °C/km malapit sa ibabaw sa karamihan ng mga bansa sa mundo. Nag-iiba ito sa thermal conductivity ng geological material at mas mababa para sa permafrost sa lupa kaysa sa bedrock.

Yelo sa lupa

Kapag ang nilalaman ng yelo ng permafrost ay lumampas sa 250 porsiyento (mula sa yelo hanggang sa tuyong lupa), ito ay mauuri bilangnapakalaking yelo. Ang malalaking katawan ng yelo ay maaaring may komposisyon mula sa nagyeyelong putik hanggang sa purong yelo. Ang malalaking layer ng yelo ay may pinakamababang kapal na hindi bababa sa 2 metro, isang maikling diameter na hindi bababa sa 10 metro. Ang mga unang naitalang sightings sa North America ay ginawa ng mga European scientist sa Canning River sa Alaska noong 1919. Ang panitikang Ruso ay nagbibigay ng isang mas maagang petsa ng 1735 at 1739 sa panahon ng Great Northern Expedition ng P. Lassinius at Kh. P. Laptev, ayon sa pagkakabanggit. Ang dalawang kategorya ng napakalaking yelo sa lupa ay nakabaon sa ibabaw na yelo at tinatawag na "intra-shed ice". Ang paglikha ng anumang mga pundasyon sa permafrost ay nangangailangan na walang malalaking glacier sa malapit.

Ang nakabaon na yelo sa ibabaw ay maaaring magmula sa niyebe, nagyeyelong lawa o sea ice, aufeis (rolled river ice) at marahil ang pinakakaraniwang variant ay buried glacial ice.

Nagyeyelong tubig sa lupa

Intradiesimal ice ay nabuo bilang resulta ng pagyeyelo ng tubig sa lupa. Dito, nangingibabaw ang segregation ice, na nangyayari bilang resulta ng crystallization differentiation na nangyayari sa panahon ng pagyeyelo ng wet precipitation. Ang proseso ay sinamahan ng paglipat ng tubig sa nagyeyelong harapan.

Ang

Intradiesimal (constitutional) na yelo ay malawakang naobserbahan at pinag-aralan sa buong Canada at kasama rin ang intrusive at injection na yelo. Bilang karagdagan, ang mga ice wedges, isang hiwalay na uri ng ground ice, ay gumagawa ng mga nakikilalang patterned polygons o tundra polygons. Nabubuo ang mga ice wedge sa isang pre-existing na geologicalsubstrate. Unang inilarawan ang mga ito noong 1919.

Carbon cycle

Ang permafrost carbon cycle ay may kinalaman sa paglipat ng carbon mula sa permafrost soils patungo sa terrestrial vegetation at microbes, sa atmospera, pabalik sa vegetation, at sa wakas ay bumalik sa permafrost na lupa sa pamamagitan ng paglilibing at pag-ulan sa pamamagitan ng cryogenic na proseso. Ang ilan sa carbon na ito ay inililipat sa karagatan at iba pang bahagi ng mundo sa pamamagitan ng pandaigdigang siklo ng carbon. Kasama sa cycle ang pagpapalitan ng carbon dioxide at methane sa pagitan ng mga terrestrial na bahagi at atmospera, at ang transportasyon ng carbon sa pagitan ng lupa at tubig sa anyo ng methane, dissolved organic carbon, dissolved inorganic carbon, inorganic carbon particle, at organic carbon particle.

Kasaysayan

Ang permafrost ng Arctic ay lumiliit sa paglipas ng mga siglo. Ang kinahinatnan nito ay ang pagtunaw ng lupa, na maaaring mas mahina, at ang paglabas ng methane, na nag-aambag sa pagtaas ng rate ng global warming sa isang feedback loop. Ang mga lugar ng pamamahagi ng mga permafrost na lupa ay patuloy na nagbabago sa kasaysayan.

Sa huling glacial maximum, ang tuluy-tuloy na permafrost ay sumasakop sa isang mas malaking lugar kaysa ngayon. Sa North America, isang napakakitid na sinturon ng permafrost lamang ang umiral sa timog ng New Jersey latitude ice sheet sa southern Iowa at hilagang Missouri. Malawak ito sa mas tuyo na kanlurang mga rehiyon, kung saan umabot ito sa katimugang hangganan ng Idaho at Oregon. Sa southern hemisphere, mayroong ilang katibayan ng isang dating walang hangganpermafrost ng panahong ito sa gitnang Otago at sa Argentine Patagonia, ngunit ito ay malamang na hindi natuloy at nauugnay sa tundra. Naganap din ang Alpine permafrost sa Drakensberg sa panahon ng pagkakaroon ng mga glacier sa taas na 3,000 metro (9,840 ft). Gayunpaman, ang mga pundasyon at pundasyon sa permafrost ay itinatatag kahit doon.

Estruktura ng lupa

Ang lupa ay maaaring binubuo ng maraming substrate materials, kabilang ang bedrock, sediment, organic matter, tubig, o yelo. Ang frozen na lupa ay anumang bagay na nasa ibaba ng nagyeyelong punto ng tubig, may tubig man o wala sa substrate. Ang ground ice ay hindi palaging naroroon, gaya ng maaaring mangyari para sa non-porous bedrock, ngunit karaniwan ito at maaaring nasa dami ng higit sa potensyal na hydraulic saturation ng lasaw na substrate.

Bilang resulta, tumataas ang ulan, na humihina naman at posibleng gumuho ang mga gusali sa mga lugar tulad ng Norilsk sa hilagang Russia, na nasa permafrost zone.

Slope collapse

Sa nakalipas na siglo, maraming naiulat na kaso ng alpine slope failure sa mga bulubundukin sa buong mundo. Ang malaking halaga ng pinsala sa istruktura ay inaasahang maiugnay sa natutunaw na permafrost, na pinaniniwalaang sanhi ng pagbabago ng klima. Ang natutunaw na permafrost ay pinaniniwalaang nag-ambag sa pagguho ng Val Pola noong 1987 na ikinamatay ng 22 katao sa Italian Alps. Malaki sa mga bulubundukinbahagi ng katatagan ng istruktura ay maaaring dahil sa mga glacier at permafrost. Habang umiinit ang klima, natutunaw ang permafrost, na humahantong sa hindi gaanong matatag na istraktura ng bundok at kalaunan ay mas maraming slope failure. Ang pagtaas ng temperatura ay nagbibigay-daan sa mas malalim na lalim ng aktibong layer, na nangangailangan ng higit pang pagtagos ng tubig. Ang yelo sa lupa ay natutunaw, na nagiging sanhi ng pagkawala ng lakas ng lupa, pinabilis na paggalaw, at mga potensyal na daloy ng mga labi. Samakatuwid, ang pagtatayo sa permafrost ay lubhang hindi kanais-nais.

Mayroon ding impormasyon tungkol sa malalaking pagbagsak ng mga bato at yelo (hanggang 11.8 milyong m³), lindol (hanggang 3.9 milyong milya), baha (hanggang 7, 8 milyong m³ ng tubig) at ang mabilis na daloy ng mabatong yelo. Ito ay sanhi ng "kawalang-tatag ng slope" sa mga kondisyon ng permafrost sa kabundukan. Ang kawalang-tatag ng slope sa permafrost sa matataas na temperatura na malapit sa pagyeyelo sa warming permafrost ay nauugnay sa epektibong stress at pagtaas ng pore water pressure sa mga lupang ito.

Pagbuo ng permafrost soils

Si Jason Kea at ang mga co-authors ay nag-imbento ng bagong filterless rigid piezometer (FRP) para sukatin ang pore water pressure sa bahagyang nagyelo na mga lupa gaya ng warming permafrost. Pinalawak nila ang paggamit ng konsepto ng epektibong stress sa bahagyang nagyelo na mga lupa para magamit sa pagtatasa ng slope stability ng warming permafrost slope. Ang aplikasyon ng konsepto ng epektibong stress ay may maraming mga pakinabang, halimbawa, ang kakayahang magtayo ng mga batayan at pundasyonpermafrost soils.

Organic

Sa hilagang circumpolar na rehiyon, ang permafrost ay naglalaman ng 1,700 bilyong tonelada ng organikong materyal, halos kalahati ng lahat ng organikong bagay. Ang palanggana na ito ay nilikha sa loob ng millennia at dahan-dahang sinisira sa malamig na kondisyon ng Arctic. Ang dami ng carbon na na-sequester sa permafrost ay apat na beses ang dami ng carbon na inilabas sa atmospera ng aktibidad ng tao sa modernong panahon.

Mga Bunga

Ang pagbuo ng permafrost ay may malaking implikasyon para sa mga sistemang ekolohikal, pangunahin dahil sa mga paghihigpit na inilagay sa mga root zone, pati na rin ang mga paghihigpit sa geometry ng mga lungga at lungga para sa fauna na nangangailangan ng mga tahanan sa ilalim ng lupa. Ang mga pangalawang epekto ay nakakaapekto sa mga species na umaasa sa mga halaman at hayop na ang tirahan ay limitado ng permafrost. Ang isa sa mga pinakakaraniwang halimbawa ay ang paglaganap ng black spruce sa malalawak na lugar ng permafrost, dahil kayang tiisin ng species na ito ang pagtatatag na limitado malapit sa ibabaw.

Ang mga kalkulasyon ng permafrost soils ay minsan ginagawa para sa pagsusuri ng organikong materyal. Ang isang gramo ng lupa mula sa isang aktibong layer ay maaaring maglaman ng higit sa isang bilyong bacterial cell. Kapag inilagay sa tabi ng bawat isa, ang bakterya mula sa isang kilo ng lupa ng aktibong layer ay bumubuo ng isang kadena na 1000 km ang haba. Ang bilang ng mga bakterya sa permafrost na lupa ay malawak na nag-iiba, kadalasan sa pagitan ng 1 at 1000 milyon bawat gramo ng lupa. Karamihan sa mga itoAng bacteria at fungi sa permafrost na lupa ay hindi maaaring i-culture sa laboratoryo, ngunit ang pagkakakilanlan ng mga microorganism ay maaaring ibunyag gamit ang DNA-based na mga pamamaraan.

Ang rehiyon ng Arctic at global warming

Ang rehiyon ng Arctic ay isa sa mga likas na pinagmumulan ng methane greenhouse gases. Ang global warming ay nagpapabilis sa paglabas nito. Ang isang malaking halaga ng methane ay naka-imbak sa Arctic sa mga natural na deposito ng gas, permafrost at sa anyo ng mga clathrates sa ilalim ng tubig. Kabilang sa iba pang pinagmumulan ng methane ang submarine taliks, river transport, ice complex retreat, submarine permafrost, at decaying gas hydrate deposits. Ang paunang pagsusuri sa computer ay nagpapahiwatig na ang permafrost ay maaaring makagawa ng carbon na katumbas ng humigit-kumulang 15 porsiyento ng mga emisyon ngayon mula sa mga aktibidad ng tao. Ang pag-init at pagtunaw ng mga massif ng lupa ay ginagawang mas mapanganib ang pagtatayo sa permafrost.