Permafrost - Permafrost

Permafrost
Kort, der viser omfang og typer af permafrost på den nordlige halvkugle
Brugt i	International Permafrost Association
Klima	Høje breddegrader, alpine regioner

Hældningssvigt i permafrostjord, der afslører islinser .

Permafrost er jorden, der kontinuerligt forbliver under 0 ° C (32 ° F) i to eller flere år, placeret på land eller under havet . Permafrost behøver ikke at være det første lag, der er på jorden. Det kan være fra en tomme til flere miles dybt under jordens overflade. Nogle af de mest almindelige permafroststeder er på den nordlige halvkugle. Omkring 15% af den nordlige halvkugle eller 11% af den globale overflade er underlagt permafrost, herunder betydelige områder i Alaska , Grønland , Canada og Sibirien . Det kan også placeres på bjergtoppe på den sydlige halvkugle og under isfrie områder i Antarktis . Permafrost forekommer ofte i malet is, men det kan også være til stede i ikke-porøst grundfjeld. Permafrost er dannet af is, der holder forskellige typer jord, sand og sten i kombination.

Permafrost indeholder ofte store mængder biomasse og nedbrudt biomasse, der er blevet lagret som metan og kuldioxid i permafrosten, hvilket gør tundrajorden til en kulstofvaske . Da den globale opvarmning opvarmer økosystemet og forårsager optøning af jorden, accelererer permafrostkulcyklussen og frigiver meget af disse jordholdige drivhusgasser i atmosfæren, hvilket skaber en feedbackcyklus, der øger klimaændringerne.

Undersøgelse af permafrost

Sydlig grænse for permafrost i Eurasien ifølge Karl Ernst von Baer (1843) og andre forfattere.

I modsætning til den relative mangel på rapporter om frossen jord i Nordamerika før Anden Verdenskrig, var en omfattende litteratur om grundlæggende permafrostvidenskab og de tekniske aspekter af permafrost tilgængelig på russisk. Nogle russiske forfattere forholder permafrostforskning med navnet Alexander von Middendorff (1815–1894). Men russiske forskere indså også, at Karl Ernst von Baer skal have attributten "grundlægger af videnskabelig permafrostforskning". I 1843 var Baers originale undersøgelsesmateriale "materiale til undersøgelse af den flerårige grundis" klar til at blive trykt. Baers detaljerede undersøgelse består af 218 sider og blev skrevet på tysk, da han var en baltisk tysk videnskabsmand. Han underviste på universitetet i Königsberg og blev medlem af St. Petersburg Academy of Sciences . Denne verdens første permafrostbog blev opfattet som et komplet værk og klar til udskrivning i 1843. Men den forblev tabt i omkring 150 år. Men fra 1838 og fremover udgav Baer flere individuelle publikationer om permafrost. Det russiske videnskabsakademi hædrede Baer med udgivelsen af ​​en foreløbig russisk oversættelse af sit studie i 1942.

Disse fakta blev helt glemt efter Anden Verdenskrig . Således i 2001 opdagelsen af konsollog fra 1843 i bibliotekets arkiver fra universitetet i Giessen og dens kommenteret udgivelse var en videnskabelig sensation. Den fulde tekst af Baers originale værk er tilgængelig online (234 sider). Redaktøren tilføjede til faksimilien genoptryk et forord på engelsk, to farvepermafrostkort over Eurasien og nogle figurer af permafrost -funktioner. Baers tekst introduceres med detaljerede kommentarer og referencer på yderligere 66 sider skrevet af den estiske historiker Erki Tammiksaar. Værket er fascinerende at læse, fordi både Baers observationer af permafrostfordeling og hans periglaciale morfologiske beskrivelser stort set stadig er korrekte i dag. Med sin opsamling og analyse af alle tilgængelige data om grundis og permafrost lagde Baer grundlaget for den moderne permafrostterminologi. Baers sydlige grænse for permafrost i Eurasien tegnet i 1843 svarer godt til den faktiske sydlige grænse på Circum-Arctic Map of Permafrost og Ground Ice Conditions i International Permafrost Association (redigeret af J. Brown et al.).

Begyndende i 1942 dykkede Siemon William Muller ind i den relevante russiske litteratur, der var i besiddelse af Library of Congress og US Geological Survey Library, så han var i stand til at give regeringen en ingeniørfeltguide og en teknisk rapport om permafrost i 1943 ", året hvori han opfandt udtrykket som en sammentrækning af permanent frossen jord. Selvom det oprindeligt var klassificeret (som US Army. Office of the Chief of Engineers, Strategic Engineering Study , nr. 62, 1943), blev der i 1947 offentliggjort en revideret rapport, som betragtes som den første nordamerikanske afhandling om emnet.

Klassificering og omfang

Røde linjer: Ekstreme sæsonmæssige temperaturer (prikket = gennemsnit).

Permafrost er jord , sten eller sediment, der er frosset i mere end to på hinanden følgende år. I områder, der ikke er overlejret af is, findes den under et lag jord, sten eller sediment, som årligt fryser og optøer og kaldes det "aktive lag". I praksis betyder det, at permafrost forekommer ved en gennemsnitlig årlig temperatur på -2 ° C (28,4 ° F) eller derunder. Aktiv lagtykkelse varierer med årstiden, men er 0,3 til 4 meter tyk (lavvandet langs den arktiske kyst; dybt i det sydlige Sibirien og Qinghai-tibetanske plateau ).

Omfanget af permafrost vises i form af permafrostzoner, der er defineret i henhold til det område, der er underlagt af permafrost, som kontinuerligt (90%–100%), diskontinuerligt (50%–90%), sporadisk (10%–50%), og isolerede pletter (10% eller mindre). Disse permafrostzoner dækker tilsammen cirka 22% af den nordlige halvkugle. Kontinuerlig permafrostzone dækker lidt mere end halvdelen af ​​dette område, diskontinuerlig permafrost omkring 20 procent og sporadisk permafrost sammen med isolerede pletter lidt under 30 procent. Fordi permafrostzoner ikke er helt underlagt af permafrost, er kun 15% det isfrie område på den nordlige halvkugle faktisk underlagt af permafrost. Det meste af dette område findes i Sibirien, det nordlige Canada, Alaska og Grønland. Under det aktive lag bliver årlige temperatursvingninger af permafrost mindre med dybden. Den dybeste permafrostdybde forekommer, hvor geotermisk varme holder en temperatur over frysepunktet. Over denne bundgrænse kan der være permafrost med en ensartet årstemperatur - "isotermisk permafrost".

Kontinuitet i dækning

Permafrost dannes typisk i ethvert klima, hvor den gennemsnitlige årlige lufttemperatur er lavere end vandets frysepunkt . Undtagelser findes i fugtige boreale skove, såsom i Nordskandinavien og den nordøstlige del af det europæiske Rusland vest for Ural , hvor sne fungerer som et isolerende tæppe. Glacierede områder kan også være undtagelser. Da alle gletschere opvarmes ved deres base ved jordvarme, kan tempererede gletschere , der er tæt på tryk-smeltepunktet , have flydende vand ved grænsefladen med jorden og derfor er fri for underliggende permafrost. "Fossile" kolde anomalier i den geotermiske gradient i områder, hvor dyb permafrost udviklede sig under Pleistocæn, vedvarer ned til flere hundrede meter. Dette fremgår af temperaturmålinger i boringer i Nordamerika og Europa.

Diskontinuerlig permafrost

Temperaturen under jorden varierer mindre fra sæson til sæson end lufttemperaturen, med gennemsnitlige årlige temperaturer, der har tendens til at stige med dybden som følge af den geotermiske skorpegradient. Såfremt den gennemsnitlige årlige lufttemperatur kun er lidt under 0 ° C (32 ° F), vil permafrost kun dannes på steder, der er beskyttet - normalt med et nordligt eller sydligt aspekt (i henholdsvis nord og syd halvkugle) - og der skabes diskontinuerlig permafrost . Normalt vil permafrost forblive diskontinuerlig i et klima, hvor den gennemsnitlige årlige jordoverfladetemperatur er mellem -5 og 0 ° C (23 og 32 ° F). I de fugtigt overvintrede områder, der er nævnt før, er der muligvis ikke engang diskontinuerlig permafrost ned til -2 ° C (28 ° F). Diskontinuerlig permafrost er ofte yderligere opdelt i omfattende diskontinuerlig permafrost , hvor permafrost dækker mellem 50 og 90 procent af landskabet og normalt findes i områder med gennemsnitlige årlige temperaturer mellem -2 og -4 ° C (28 og 25 ° F) og sporadisk permafrost , hvor permafrostdækningen er mindre end 50 procent af landskabet og typisk forekommer ved gennemsnitlige årlige temperaturer mellem 0 og -2 ° C (32 og 28 ° F). I jordvidenskab forkortes den sporadiske permafrostzone SPZ og den omfattende diskontinuerlige permafrostzone DPZ . Undtagelser forekommer i ikke-glacieret Sibirien og Alaska, hvor den nuværende dybde af permafrost er et levn fra klimaforhold i istiden, hvor vintre var op til 11 ° C (20 ° F) koldere end i dag.

Kontinuerlig permafrost

Ved gennemsnitlige årlige jordoverfladetemperaturer under −5 ° C (23 ° F) kan aspektets indflydelse aldrig være tilstrækkelig til at optø permafrost, og der dannes en zone med kontinuerlig permafrost (forkortet til CPZ ). En linje med kontinuerlig permafrost på den nordlige halvkugle repræsenterer den sydligste grænse, hvor land er dækket af kontinuerlig permafrost eller isis. Linjen af ​​kontinuerlig permafrost varierer rundt om i verden mod nord eller syd på grund af regionale klimaforandringer. På den sydlige halvkugle ville det meste af den tilsvarende linje falde inden for det sydlige hav, hvis der var land der. Det meste af det antarktiske kontinent er overlejret af gletsjere, hvor meget af terrænet udsættes for basal smeltning . Det eksponerede land i Antarktis er i det væsentlige belagt med permafrost, hvoraf nogle er udsat for opvarmning og optøning langs kysten.

Alpine permafrost

Alpine permafrost forekommer ved forhøjninger med lave nok gennemsnitstemperaturer til at opretholde flerårig frossen jord; meget alpin permafrost er diskontinuerlig. Estimater af det samlede areal af alpine permafrost varierer. Bockheim og Munroe kombinerede tre kilder og lavede de anslåede skøn efter område på i alt 3.560.000 km ² (1.370.000 sq mi).

Alpine permafrost i Andesbjergene er ikke kortlagt. Dets omfang er blevet modelleret til at vurdere mængden af ​​vand, der er bundet i disse områder. I 2009 fandt en forsker fra Alaska permafrost på 4.700 m (15.400 fod) niveau på Afrikas højeste top, Mount Kilimanjaro , cirka 3 ° syd for ækvator.

Subsea permafrost

Subsea permafrost forekommer under havbunden og findes på kontinentalsokkelerne i polarområderne. Disse områder dannede sig under den sidste istid, da en større del af Jordens vand var bundet i iskapper på land, og når havniveauet var lavt. Da iskapperne smeltede for igen at blive til havvand, blev permafrosten til nedsænkede hylder under relativt varme og salte randbetingelser, sammenlignet med overfladepermafrost. Derfor eksisterer undersøisk permafrost under forhold, der fører til formindskelse. Ifølge Osterkamp er undersøisk permafrost en faktor i "design, konstruktion og drift af kystfaciliteter, strukturer grundlagt på havbunden, kunstige øer, undervandsrørledninger og boringer boret til efterforskning og produktion." Det indeholder også gashydrater på steder, som er en "potentiel rigelig energikilde", men kan også destabilisere, når undervandspermafrosten varmer og optøer, hvilket producerer store mængder metangas, som er en potent drivhusgas.

Manifestationer

Grunddybde

Permafrost strækker sig til en grunddybde, hvor jordvarme fra jorden og den gennemsnitlige årlige temperatur på overfladen opnår en ligevægtstemperatur på 0 ° C. Basen dybde af permafrostjordbund når op 1.493 m (4.898 fod) i de nordlige Lena og Yana River bassiner i Sibirien . Den geotermiske gradient er graden af ​​stigende temperatur i forhold til stigende dybde i Jordens indre. Væk fra tektoniske pladegrænser er det omkring 25-30 ° C/km nær overfladen i det meste af verden. Det varierer med det geologiske materiales varmeledningsevne og er mindre for permafrost i jord end i grundfjeld.

Beregninger indikerer, at den tid, der kræves for at danne den dybe permafrost, der ligger til grund for Prudhoe Bay, Alaska, var over en halv million år. Dette strakte sig over flere glaciale og interglaciale cyklusser i Pleistocæn og tyder på, at det nuværende klima i Prudhoe Bay sandsynligvis er betydeligt varmere, end det har været i gennemsnit i denne periode. Sådan opvarmning i løbet af de sidste 15.000 år er bredt accepteret. Tabellen til højre viser, at de første hundrede meter permafrost dannes relativt hurtigt, men at dybere niveauer tager gradvist længere tid.

Massiv grundis

Massiv eksponering for blå is på den nordlige bred af Herschel Island, Yukon, Canada.

Når isindholdet i en permafrost overstiger 250 procent (is til tør jord i masse), klassificeres det som massiv is. Massive islegemer kan variere i sammensætning i enhver tænkelig gradering fra iskoldt mudder til ren is. Massive iskolde senge har en minimumstykkelse på mindst 2 m og en kort diameter på mindst 10 m. De første registrerede nordamerikanske observationer var af europæiske forskere ved Canning River, Alaska i 1919. Russisk litteratur giver en tidligere dato 1735 og 1739 under Great North Expedition af P. Lassinius og Kh. P. Laptev, hhv. To kategorier af massiv grundis er begravet overfladeis og intrasedimentel is (også kaldet konstitutionel is ).

Nedgravet overfladeis kan stamme fra sne, frossen sø eller havis, aufeis (strandet flodis ) og - sandsynligvis den mest udbredte - begravede is.

Intrasedimentel is dannes ved in-frysning af underjordiske farvande og domineres af segregerende is, der skyldes den krystalliseringsdifferentiering, der finder sted under frysning af våde sedimenter, ledsaget af vand, der vandrer til frysefronten.

Intrasedimentel eller forfatningsmæssig is er blevet bredt observeret og undersøgt i hele Canada og omfatter også indgribende is og injektionsis.

Derudover producerer iskiler - en separat type jordis - genkendelige mønstrede jord- eller tundrapolygoner. Iskiler dannes i et allerede eksisterende geologisk substrat og blev først beskrevet i 1919.

Flere typer massiv is, herunder iskiler og intrasedimentel is inden for klippevæggen i en retrogressiv optøningssænkning, der ligger på den sydlige kyst af Herschel-øen inden for en højde på cirka 22 meter (72 fod) ved 1.300 meter (4.300 fod).

Landformer

Permafrostprocesser manifesterer sig i store landformer , såsom palsas og pingoer og mindre fænomener, såsom mønstret jord, der findes i arktiske, periglaciale og alpine områder.

• 

  En gruppe palsas set ovenfra dannet af væksten af islinser .

• 

  Et tørveplatekompleks syd for Fort Simpson , Northwest Territories

• 

  Pingos nær Tuktoyaktuk , Northwest Territories , Canada

• 

  Jordpolygoner

• 

  Stenringe på Spitsbergen

• 

  Iskiler set ovenfra

• 

  Solifluction på Svalbard

• 

  Kontraktionsrevne ( iskile ) polygoner på arktisk sediment.

• 

  Revner dannes ved kanterne af Storflaket permafrostmose i Sverige .

Kulstofcyklus i permafrost

Den permafrost kulstofkredsløb (Arctic Carbon Cycle) drejer sig om videregivelse af kulstof fra permafrostjordbund til jord- vegetation og mikrober, til atmosfæren, tilbage til vegetation, og endelig tilbage til permafrostjordbund gennem nedgravning og sedimentation på grund af kryogene processer. Noget af dette kulstof overføres til havet og andre dele af kloden gennem den globale kulstofcyklus. Cyklussen omfatter udveksling af kuldioxid og metan mellem terrestriske komponenter og atmosfæren samt overførsel af kulstof mellem land og vand som metan, opløst organisk kulstof , opløst uorganisk kulstof , partikelformet uorganisk kulstof og partikelformigt organisk kulstof .

Klimaændringer

Arktisk permafrost er faldet i mange århundreder. Konsekvensen er optøning af jord, som kan være svagere, og frigivelse af metan, hvilket bidrager til en øget grad af global opvarmning som en del af en feedback -loop forårsaget af mikrobiel nedbrydning. Vådområder, der tørrer ud af dræning eller fordampning, kompromitterer planternes og dyrs evne til at overleve. Når permafrosten fortsætter med at falde, vil mange klimaændringsscenarier blive forstærket. I områder, hvor permafrost er høj, kan den omgivende infrastruktur blive beskadiget alvorligt ved optøning af permafrost.

Historiske ændringer

For nylig optøet arktisk permafrost og kyst erosion på Beauforthavet, Ishavet, nær Point Lonely, Alaska i 2013.

Ved Last Glacial Maximum dækkede kontinuerlig permafrost et meget større område end det gør i dag og dækker hele det isfrie Europa syd til omkring Szeged (sydøstlige Ungarn) og Azovhavet (dengang tørre land) og Østasien syd for at præsentere- dag Changchun og Abashiri . I Nordamerika eksisterede kun et ekstremt smalt bælte permafrost syd for indlandsisen på omtrent New Jersey breddegrad gennem det sydlige Iowa og det nordlige Missouri , men permafrost var mere omfattende i de tørre vestlige regioner, hvor det strakte sig til den sydlige grænse til Idaho og Oregon . På den sydlige halvkugle er der nogle tegn på tidligere permafrost fra denne periode i det centrale Otago og det argentinske Patagonia , men var sandsynligvis diskontinuerligt og er relateret til tundraen. Alpine permafrost forekom også i Drakensberget under ismaksima over omkring 3.000 meter (9.840 fod).

Tø

Per definition er permafrost formalet, der forbliver frosset i to eller flere år. Jorden kan bestå af mange substratmaterialer, herunder grundfjeld, sediment, organisk materiale, vand eller is. Frossen jord er det, der er under vandets frysepunkt, uanset om der er vand i substratet eller ej. Malet is er ikke altid til stede, som det kan være tilfældet med ikke -porøst grundfjeld, men det forekommer ofte og kan være til stede i mængder, der overstiger den potentielle hydrauliske mætning af det optøede substrat.

Under optøningen smelter jordens isindhold, og når vandet dræner eller fordamper, får jordstrukturen til at svække og undertiden blive tyktflydende, indtil den genvinder styrke med faldende fugtindhold. Optøning kan også påvirke ændringen af jordgasser med atmosfæren. Et synligt tegn på nedbrydning af permafrosten er tilfældig forskydning af træer fra deres lodrette orientering i permafrostområder.

• 

  Optøning af permafrost på Herschel Island , Canada, 2013

• 

  Permafrost og is på Herschel Island , Canada, 2012

• 

  Permafrost tø damme på tørveland i Hudson Bay , Canada i 2008.

Virkning på hældningsstabiliteten

I løbet af det sidste århundrede er der registreret et stigende antal hændelser i alpine stenhældninger i bjergkæder rundt om i verden. Det forventes, at det store antal strukturelle fejl skyldes permafrost -optøning, som menes at være forbundet med klimaændringer. Permafrost -optøning menes at have bidraget til Val Pola -jordskredet i 1987, der dræbte 22 mennesker i de italienske alper. I bjergkæder kan meget af den strukturelle stabilitet tilskrives gletschere og permafrost. Når klimaet opvarmes, optøer permafrosten, hvilket resulterer i en mindre stabil bjergstruktur og i sidste ende flere hældningssvigt. Stigende temperaturer tillader dybere aktive lagdybder, hvilket resulterer i øget vandinfiltration. Is i jorden smelter og forårsager tab af jordstyrke, accelereret bevægelse og potentielle affaldsstrømme.

McSaveney rapporterede om massive sten- og isfald (op til 11,8 millioner m ³ ), jordskælv (op til 3,9 Richter), oversvømmelser (op til 7,8 millioner m ³ vand) og hurtig sten-isstrøm til lange afstande (op til 7,5 km ved 60 m/s) forårsaget af "ustabilitet af skråninger" i permafrost på højt bjerg. Ustabilitet af skråninger i permafrost ved forhøjede temperaturer nær frysepunktet i opvarmning af permafrost er relateret til effektiv belastning og opbygning af porevandstryk i disse jordarter. Kia og hans medopfindere opfandt et nyt filterfrit, stift piezometer (FRP) til måling af porevandstryk i delvist frosne jordarter, såsom opvarmning af permafrostjord. De udvidede brugen af ​​effektivt stress -koncept til delvis frossen jord til brug i hældningsstabilitetsanalyser af opvarmning af permafrostskråninger. Anvendelsen af ​​et effektivt stresskoncept har mange fordele, f.eks. Evnen til at udvide begreberne "Critical State Soil Mechanics" til frossen grundteknik.

I høje bjerge kan stenfald skyldes optøning af stenmasser med permafrost.

Økologiske konsekvenser

I den nordlige cirkumpolare region indeholder permafrost 1700 milliarder tons organisk materiale, der svarer til næsten halvdelen af ​​alt organisk materiale i alle jordarter. Denne pool blev bygget op over tusinder af år og nedbrydes kun langsomt under de kolde forhold i Arktis. Mængden af ​​kulstof, der afsættes i permafrost, er fire gange det kulstof, der er frigivet til atmosfæren på grund af menneskelige aktiviteter i moderne tid. En manifestation af dette er yedoma , som er en organisk rig (ca. 2% kulstof i masse) Pleistocene -loess -permafrost med isindhold på 50–90 vol%.

Dannelse af permafrost har betydelige konsekvenser for økologiske systemer, primært på grund af begrænsninger, der pålægges rodzoner, men også på grund af begrænsninger i hule- og hulgeometrier for fauna, der kræver underjordiske boliger. Sekundære effekter påvirker arter, der er afhængige af planter og dyr, hvis levesteder er begrænset af permafrosten. En af de mest udbredte eksempler er dominans sortgran i omfattende permafrostområder, da denne art kan tåle rode mønster begrænset til den nærmeste overflade.

Et gram jord fra det aktive lag kan omfatte mere end en milliard bakterieceller. Hvis de placeres langs hinanden, danner bakterier fra et kilo aktivt lagjord en 1000 km lang kæde. Antallet af bakterier i permafrostjord varierer meget, typisk fra 1 til 1000 millioner pr. Gram jord. De fleste af disse bakterier og svampe i permafrostjord kan ikke dyrkes i laboratoriet, men mikroorganismernes identitet kan afsløres ved hjælp af DNA-baserede teknikker.

Den arktiske region er en af ​​de mange naturlige kilder til drivhusgasserne metan og kuldioxid. Global opvarmning fremskynder frigivelsen på grund af frigivelse af metan fra både eksisterende butikker og metanogenese i rådnende biomasse . Store mængder metan er gemt i Arktis i naturgasforekomster i permafrost, og som undersøiske clathrater . Permafrost og klatrater nedbrydes ved opvarmning, og der kan derfor opstå store udslip af metan fra disse kilder som følge af global opvarmning. Andre metankilder omfatter ubåde taliks , flodtransport, iskompleks tilbagetog, ubådspermafrost og forfaldne gashydrataflejringer. Foreløbige computeranalyser tyder på, at permafrost kan producere kulstof svarende til cirka 15 procent af dagens emissioner fra menneskelige aktiviteter.

En hypotese fremmet af Sergey Zimov er, at reduktionen af ​​besætninger af store planteædere har øget forholdet mellem energimission og energiabsorptionstundra (energibalance) på en måde, der øger tendensen til netto optøning af permafrost. Han tester denne hypotese i et eksperiment i Pleistocene Park , et naturreservat i det nordøstlige Sibirien.

Forudsagt ændringstakt i Arktis

Ifølge IPCC Fifth Assessment Report er der stor tillid til, at permafrosttemperaturerne er steget i de fleste regioner siden begyndelsen af ​​1980'erne. Den observerede opvarmning var op til 3 ° C i dele af det nordlige Alaska (begyndelsen af ​​1980'erne til midten af ​​2000'erne) og op til 2 ° C i dele af det russiske europæiske nord (1971–2010). I Yukon kan zonen med kontinuerlig permafrost have bevæget sig 100 kilometer (18 mi) siden 1899, men nøjagtige registreringer går kun 30 år tilbage. Det menes, at permafrost -optøning kan forværre den globale opvarmning ved at frigive metan og andre kulbrinter , som er kraftige drivhusgasser . Det kan også tilskynde til erosion, fordi permafrost giver stabilitet til ufrugtbare arktiske skråninger.

Arktiske temperaturer forventes at stige med omtrent det dobbelte af den globale hastighed. Det Mellemstatslige Panel om Klimaændringer (IPCC) vil i deres femte rapport etablere scenarier for fremtiden, hvor temperaturen i Arktis vil stige mellem 1,5 og 2,5 ° C i 2040 og med 2-7,5 ° C i 2100. Estimaterne varierer på, hvordan mange tons drivhusgasser udsendes fra optøede permafrostjord. Et skøn tyder på, at der vil blive udsendt 110-231 milliarder tons CO ₂ -ækvivalenter (cirka halvdelen fra kuldioxid og den anden halvdel fra metan) i 2040 og 850–1400 milliarder tons i 2100. Det svarer til en gennemsnitlig årlig emissionsrate på 4–8 milliarder tons CO ₂ -ækvivalenter i perioden 2011–2040 og årligt 10–16 milliarder tons CO ₂ -ækvivalenter i perioden 2011–2100 som følge af optøning af permafrost. Til sammenligning er den menneskeskabte emission af alle drivhusgasser i 2010 cirka 48 milliarder tons CO ₂ -ækvivalenter. Udledning af drivhusgasser fra optøet permafrost til atmosfæren øger den globale opvarmning.

Bevaring af organismer i permafrost

Mikrober

Forskere forudsiger, at op til 10 ²¹ mikrober, herunder svampe og bakterier ud over vira, vil blive frigivet fra is smeltende om året. Ofte vil disse mikrober blive frigivet direkte i havet. På grund af mange fiskers og fuglers vandrende karakter er det muligt, at disse mikrober har en høj overførselshastighed.

Permafrost i det østlige Schweiz blev analyseret af forskere i 2016 på et alpint permafroststed kaldet "Muot-da-Barba-Peider". Dette sted havde et mangfoldigt mikrobielt samfund med forskellige bakterier og eukaryote grupper til stede. Fremtrædende bakterier grupper inkluderet phylum Acidobacteria , Actinobacteria , AD3, Bacteroidetes , Chloroflexi , Gemmatimonadetes , OD1, Nitrospirae , Planctomycetes , Proteobacteria , og Verrucomicrobia . Fremtrædende eukaryote svampe omfattede Ascomycota , Basidiomycota og Zygomycota . I den nuværende art observerede forskere en række tilpasninger til betingelser under nul, herunder reducerede og anaerobe metaboliske processer.

Et udbrud af miltbrand i 2016 på Yamal -halvøen menes at skyldes optøning af permafrost. I den sibiriske permafrost findes også to virustyper: Pithovirus sibericum og Mollivirus sibericum. Begge disse er cirka 30.000 år gamle og betragtes som gigantiske vira på grund af det faktum, at de er større end de fleste bakterier og har genomer større end andre vira. Begge vira er stadig infektiøse, set på deres evne til at inficere Acanthamoeba , en slægt af amøber.

Frysning ved lave temperaturer har vist sig at bevare infektiiviteten af ​​vira. Calicivirus, influenza A og enterovirus (f.eks. Poliovirus, echovirus, Coxsackie -vira) er alle blevet bevaret i is og/eller permafrost. Forskere har fastlagt tre egenskaber, der er nødvendige for, at en virus med succes kan bevares i is: stor overflod, evne til at transportere i is og evne til at genoptage sygdomscyklusser efter frigivelse fra is. En direkte infektion fra permafrost eller is til mennesker er ikke påvist; sådanne vira spredes typisk gennem andre organismer eller abiotiske mekanismer.

En undersøgelse af sene Pleistocene -sibiriske permafrostprøver fra Kolyma Lowland (et østsibirisk lavland) brugte DNA -isolering og genkloning (specifikt 16S rRNA -gener) til at bestemme, hvilke phyla disse mikroorganismer tilhørte. Denne teknik tillod en sammenligning af kendte mikroorganismer med deres nyopdagede prøver og afslørede otte fylotyper, der tilhørte phyla Actinobacteria og Proteobacteria .

Planter

I 2012 beviste russiske forskere, at permafrost kan tjene som et naturligt opbevaringssted for gamle livsformer ved at genoplive Silene stenophylla fra 30.000 år gammelt væv, der findes i en isalder i istiden i den sibiriske permafrost. Dette er det ældste plantevæv, der nogensinde er genoplivet. Planten var frugtbar og producerede hvide blomster og levedygtige frø. Undersøgelsen viste, at væv kan overleve isbevarelse i titusinder af år.

Udenjordisk permafrost

• 

  Permafrost -polygoner på Mars afbildet af Phoenix -landeren .

• 

  Falsk farve Mars Reconnaissance Orbiter- billede af polygonalt overflademønster.

• 

  Mønstret jord på jorden.

Andre spørgsmål

Den Internationale Permafrost Association (IPA) er en integrator af spørgsmål vedrørende permafrost. Det indkalder til internationale permafrostkonferencer, påtager sig særlige projekter såsom udarbejdelse af databaser, kort, bibliografier og ordlister og koordinerer internationale feltprogrammer og netværk. Blandt andre spørgsmål, som IPA behandler, er: Problemer med konstruktion på permafrost på grund af ændring af jordens egenskaber på jorden, som strukturer er placeret på, og de biologiske processer i permafrost, f.eks. Bevarelse af organismer, der er frosset in situ .

Byggeri på permafrost

At bygge på permafrost er svært, fordi bygningens varme (eller rørledning ) kan varme permafrosten og destabilisere strukturen. Opvarmning kan resultere i optøning af jorden og dens deraf følgende svækkelse af støtten til en struktur, når isindholdet bliver til vand; alternativt, hvor strukturer er bygget på bunker, kan opvarmning forårsage bevægelse gennem krybning på grund af ændringen i friktion på bunkerne, selvom jorden forbliver frossen.

Tre almindelige løsninger omfatter: brug af fundamenter på træbunker ; bygning på en tyk grusplade (normalt 1-2 meter tyk); eller ved anvendelse af vandfri ammoniak varmerør . De Trans-Alaska Pipeline System anvendelser varmerør indbygget i lodrette støtter for at forhindre, at rørledningen synker og Qingzang jernbanen i Tibet beskæftiger en række forskellige metoder til at holde jorden kølig, både i områder med frost-følsomme jord . Permafrost kan kræve særlige indhegninger til begravede forsyningsselskaber, kaldet " utilidors ".

Den Melnikov Permafrost Institute i Yakutsk , fandt, at sænkningen af store bygninger i jorden kan forhindres ved anvendelse af pælefundamenter forløbende ned til 15 meter (49 fod) eller mere. På denne dybde ændrer temperaturen sig ikke med årstiderne og forbliver på omkring -5 ° C (23 ° F).

Optøning af permafrost udgør en trussel mod industriel infrastruktur. I maj 2020 fik optøning af permafrost ved Norilsk-Taimyr Energys termiske kraftværk nr. 3 en olieopbevaringstank til at kollapse og oversvømmede lokale floder med 21.000 kubikmeter (17.500 tons) dieselolie. Den 2020 Norilsk olieudslip er blevet beskrevet som den næststørste olieudslip i moderne russisk historie.

• 

  Moderne bygninger i permafrostzoner kan bygges på pæle for at undgå permafrost-optøning af fundamentfejl fra bygningens varme.

• 

  Varmeledninger i lodrette understøtninger fastholder en frossen pære omkring dele af Trans-Alaska-rørledningen , der risikerer at optø.

• 

  Pælefundamenter i Yakutsk , en by, der er underlagt med kontinuerlig permafrost.

• 

  Fjernvarmerør løber over jorden i Yakutsk for at undgå optøning af permafrost.

Se også

• Global Terrestrial Network for Permafrost

Referencer

eksterne links

• Permafrostwatch University of Alaska Fairbanks
• Infografik om permafrost
• International Permafrost Association (IPA)
• Center for Permafrost
• Kort over permafrost i Antarktis.
• Permafrost - hvad er det? - YouTube (Alfred Wegener Institute)