Permafrost půdy: distribuční oblasti, teplota, vývojové vlastnosti

Anonim

V tomto článku se dozvíte o vlastnostech permafrostu, které jsou běžné v zónách permafrostu. V geologii, permafrost je země, včetně kamenné (kryotické) půdy, aktuální u bodu mrazu vody 0 ° C nebo nižší pro dva nebo více roků. Většina permafrostu se nachází ve vysokých zeměpisných šířkách (v a kolem arktických a antarktických oblastí), ale například v Alpách se také nachází vyšší.

Image

Mletý led není vždy přítomen, jako je tomu v případě neporézního podloží, ale často se vyskytuje v množství, které přesahuje potenciální hydraulické nasycení mletého materiálu. Permafrost představuje 0, 022% celkového objemu vody na Zemi a existuje ve 24% otevřených území severní polokoule. To také nastane pod vodou na kontinentálních policích kontinentů obklopovat Arktický oceán. Podle jedné skupiny vědců vzroste globální oteplování o 1, 5 ° C (2, 7 ° F) nad současnou úroveň, aby se začalo rozmrazovat permafrost na Sibiři.

Studie

Na rozdíl od relativního nedostatku zpráv o zamrzlých půdách v Severní Americe před druhou světovou válkou byla v ruštině k dispozici literatura o technických aspektech permafrostu. Začínat v 1942, Simon William Muller ponořil se do příslušné literatury náležející Knihovně kongresu a knihovna americké geologické služby poskytovat vládě s technickými pokyny a technickou zprávou o permafrost 1943.

Image

Definice

Půdy Permafrost jsou půdy, horniny nebo sedimenty, které zamrznou během dvou po sobě následujících let. V oblastech, které nejsou pokryty ledem, existují pod vrstvou půdy, kamene nebo sedimentu, která každoročně mrzne a rozmrazuje a nazývá se „aktivní vrstvou“. V praxi to znamená, že permafrost se vyskytuje při průměrné roční teplotě -2 ° C (28, 4 ° F) nebo nižší. Tloušťka aktivní vrstvy se mění v závislosti na ročním období, ale pohybuje se od 0, 3 do 4 metrů (mělké podél arktického pobřeží, hluboko v jižní Sibiři a na náhorní plošině Qinghai-Tibet).

Geografie

Co lze říci o šíření permafrostu? Míra permafrostu se mění s klimatem: dnes na severní polokouli je 24% plochy bez volné půdy, což odpovídá 19 milionům čtverečních kilometrů, více či méně ovlivněno permafrostem.

V této oblasti je o něco více než polovina pokryta nepřetržitým permafrostem, asi 20% - s přerušovaným permafrostem a o něco méně než 30% - se sporadickým permafrostem. Většina tohoto území se nachází na Sibiři, v severní Kanadě, na Aljašce a v Grónsku. Pod aktivní vrstvou se každoroční kolísání teploty permafrostu zmenšuje s hloubkou. Nejhlubší hloubka permafrostu nastává tam, kde geotermální teplo udržuje teplotu vyšší než nula. Nad touto mezí může být permafrost, jehož teplota se nemění ročně. Toto je "izotermální permafrost". Půdy Permafrost jsou špatně vhodné pro aktivní lidskou činnost.

Klima

Permafrost se obvykle vyskytuje v jakémkoliv klimatu, kde je průměrná roční teplota nižší než bod tuhnutí vody. Výjimky lze nalézt ve vlhkém zimním klimatu, například v severním Skandinávii a severovýchodním Rusku na západ od Uralu, kde sníh působí jako izolační kryt. Výjimkou mohou být ledovcové oblasti. Vzhledem k tomu, že se všechny ledovce zahřívají na základě geotermálního tepla, mírné ledovce, které se nacházejí v blízkosti bodu tání pod tlakem, mohou mít na hranici se zemí tekutou vodu. Proto neobsahují permafrost. „Fosilní“ studené anomálie v geotermálním gradientu v oblastech, kde hluboký permafrost vyvíjený během pleistocénu přetrvává až několik set metrů. To je patrné z měření teploty ve studnách v Severní Americe a Evropě.

Podzemní teplota

Zpravidla se teplota v podzemí mění z období na sezónu méně než teplota vzduchu. Zároveň průměrné roční teploty mají tendenci se zvyšovat s hloubkou v důsledku geotermálního gradientu zemské kůry. Pokud je tedy průměrná roční teplota vzduchu pouze mírně pod 0 ° C, vytvoří se permafrost pouze na místech, která jsou chráněna - obvykle ze severu - vytvořením přerušovaného permafrostu. Typicky, permafrost zůstane přerušovaný v klimatu kde průměrná roční povrchová teplota půdy je -5 k 0 ° C (23 k 32 ° F). Ve výše uvedených vlhkých zimách nemůže být ani přerušovaný permafrost až do -2 ° C (28 ° F).

Image

Typy permafrostu

Permafrost se často dále dělí na rozsáhlé diskontinuální permafrost, kde permafrost pokrývá 50 až 90 procent krajiny a obvykle se nachází v oblastech s průměrnou roční teplotou -2 až -4 ° C (28-25 ° F), stejně jako sporadickým permafrostem. kde krytí permafrostu je menší než 50% krajiny a obvykle se vyskytuje při průměrné roční teplotě mezi 0 a -2 ° C (32 a 28 ° F). V půdních vědách je sporadická zóna permafrostu SPZ a rozsáhlá přerušovaná zóna permafrostu je zemský dálkový průzkum Země. Výjimky se vyskytují v neglazované Sibiři a na Aljašce, kde je současná hloubka permafrostu pozůstatkem klimatických podmínek během doby ledové, kde byly zimy o 11 ° C (20 ° F) chladnější než dnes.

Teplota permafrostu

Při průměrných ročních teplotách povrchu půdy pod -5 ° C (23 ° F) nemůže být vliv aspektu nikdy dostatečný k rozmrazení permafrostu a vytvoření zóny spojitého permafrostu (zkráceně CPZ). Kontinuální permafrostová linie na severní polokouli je nejjižnější hranice, kde je země pokryta nepřetržitým permafrostem nebo ledovým ledem.

Z pochopitelných důvodů je navrhování na půdách permafrostu nesmírně obtížné. Kontinuální linka permafrostu se v důsledku regionální změny klimatu mění na sever nebo na jih po celém světě. V jižní polokouli, hodně z ekvivalentu linka by byla v jižním oceánu jestliže tam byla země. Většina kontinentu Antarktidy je pokryta ledovci, pod nimiž je většina území vystavena tání v zemi. Nahá země Antarktidy leží převážně v podmínkách permafrostu.

Alpy

Odhady celkové plochy zóny permafrostu v Alpách se značně liší. Bockheim a Munro spojili tři zdroje a provedli tabulkové odhady pro regiony (celkem 3 560 000 km2).

Alpský permafrost v Andách nebyl na mapě. Délka v tomto případě je modelována pro odhad množství vody v těchto oblastech. V roce 2009 objevil výzkumník z Aljašky permafrost ve výšce 4 700 metrů na nejvyšší vrchol Afriky, Mount Kilimanjaro, asi 3 ° severně od rovníku. Základy na permafrostových půdách v těchto zeměpisných šířkách nejsou neobvyklé.

Zmrazené moře a zamrzlé dno

Mořský permafrost se vyskytuje pod mořským dnem a existuje na kontinentálních šelfech polárních oblastí. Tyto oblasti byly vytvořeny během poslední doby ledové, kdy byla většina zemské vody vázána na ledovcích na zemi a hladina moře byla nízká. Když se ledové pláty roztavily a znovu se staly mořskou vodou, permafrost se změnil na zaplavené regály za relativně teplých a slaných okrajových podmínek ve srovnání s permafrostem na povrchu. Podmořský permafrost proto existuje v podmínkách, které vedou k jeho poklesu. Podmořský permafrost je podle Ostercampu faktorem v „konstrukci, výstavbě a provozu pobřežních zařízení, struktur založených na mořském dně, umělých ostrovů, podvodních potrubí a vrtů vrtaných pro průzkum a těžbu.

Permafrost sahá až do hloubky základny, kde geotermální teplo ze Země a průměrná roční povrchová teplota dosahují rovnovážné teploty 0 ° C. Hloubka základny permafrostu dosahuje 1, 493 m (4, 898 stop) v severních povodích řek Leny a Yany na Sibiři. Geotermální gradient je rychlost zvýšení teploty vzhledem ke zvýšení hloubky střev na Zemi. Od hranic tektonické desky je ve většině zemí světa asi 25-30 ° C / km. Liší se s tepelnou vodivostí geologického materiálu a je menší pro permafrost v půdě než v podloží.

Image

Led v půdě

Když obsah ledu v permafrostu přesáhne 250 procent (od ledu k suché půdě), to je klasifikováno jako masivní led. Masivní ledová tělesa se mohou lišit ve složení od ledového bahna až po čirý led. Masivní ledová lůžka mají minimální tloušťku nejméně 2 metry, krátký průměr nejméně 10 metrů. První zaznamenaná pozorování v Severní Americe byla provedena evropskými vědci na řece Canning na Aljašce v roce 1919. Ruská literatura cituje dřívější datum 1735 a 1739 během Velké severní expedice P. Lassiniuse a Kh. P. Lapteva. Dvě kategorie masivního zemního ledu jsou pohřbeny povrchovým ledem a tzv. "Křížovým ledem". Vytváření jakýchkoli základů na půdách permafrostu vyžaduje, aby v okolí nebyly žádné velké ledovce.

Ledový povrch se může vyskytnout ze sněhu, zamrzlého jezera nebo mořského ledu, aufeis (zkroucený říční led) a pravděpodobně nejběžnější možností je pohřbený ledový led.

Zamrznutí podzemní vody

V důsledku zamrznutí podzemní vody vzniká intradynamický led. Převládá zde segregovaný led, který vzniká v důsledku krystalizační diferenciace, ke které dochází při zamrzání mokrých srážek. Proces je doprovázen migrací vody do čela mrazu.

Intradiethimální (ústavní) led byl široce pozorován a studoval skrz Kanadu, a také zahrnuje dotěrný a injikovatelný led. Kromě toho, ledové klíny, samostatný typ mletého ledu, produkují rozeznatelné vzorované polygony nebo polygony tundry. V již existujícím geologickém substrátu vznikají ledové klíny. Oni byli nejprve popsaní v 1919.

Cyklus uhlíku

Cyklus permafrostového uhlíku je spojen s přenosem uhlíku z permafrostových půd do terestrické vegetace a mikrobů, do atmosféry, zpět do vegetace a nakonec do permafrostové půdy opět prostřednictvím pohřbu a srážení v důsledku kryogenních procesů. Část tohoto uhlíku se přes globální uhlíkový cyklus přenáší do oceánu a dalších částí světa. Cyklus zahrnuje výměnu oxidu uhličitého a metanu mezi složkami zeminy a atmosférou, jakož i přenos uhlíku mezi půdou a vodou ve formě metanu, rozpuštěného organického uhlíku, rozpuštěného anorganického uhlíku, částic anorganického uhlíku a částic organického uhlíku.

Image

Historie

Permafrost Arktidy klesá v průběhu mnoha staletí. Důsledkem toho je rozmrazování půdy, která může být slabší, a emise metanu, což přispívá ke zvýšení rychlosti globálního oteplování během cyklu zpětné vazby. Oblasti permafrostu v historii se neustále mění.

V posledním ledovcovém maximu pokryl kontinuální permafrost mnohem větší plochu než dnes. V severní Americe, na jih od ledového listu, jen velmi úzký permafrost pás existoval u šířky New Jersey v jižní Iowa a v severní Missouri. To bylo rozsáhlé v sušších západních oblastech, kde to se rozšířilo k jižní hranici Idaho a Oregon. Na jižní polokouli existuje několik důkazů o bývalém permafrostu v tomto období v centrálním Otagu a v argentinské Patagonii, ale to bylo pravděpodobně přerušované a spojené s tundrou. Alpský permafrost také nastal v Drakensberg během existence ledovců nad 3000 metrů (9, 840 noh). Nicméně základy a základy na permafrostových půdách vznikají i zde.

Půdní struktura

Půda může sestávat z mnoha substrátových materiálů, včetně podloží, sedimentu, organické hmoty, vody nebo ledu. Zmrzlá půda je pod bodem mrazu vody, bez ohledu na to, zda je v substrátu přítomna voda. Mletý led není vždy přítomen, což může být případ neporézního podloží, ale často se vyskytuje a může být přítomen v množství, které přesahuje potenciální hydraulické nasycení rozmrazeného substrátu.

V důsledku toho se zvyšuje množství srážek, což zase vede k oslabení a možnému zhroucení budov v oblastech, jako je Norilsk v severním Rusku, který leží v zóně permafrostu.

Image

Zničení svahu

V průběhu minulého století došlo k mnoha případům zničení alpských svahů v pohoří po celém světě. Očekává se, že velké množství strukturálního poškození je spojeno s tavením permafrostu, o kterém se předpokládá, že k němu dochází v důsledku změny klimatu. Předpokládá se, že tavení permafrostu přispělo k sesuvu Val Paul v roce 1987, který zabil 22 lidí v italských Alpách. V horských pásmech může být většina strukturální stability spojena s ledovci a permafrostem. Jak se podnebí otepluje, permafrost tání, což má za následek méně stabilní horskou strukturu a v konečném důsledku větší ničení svahů. Zvýšení teploty umožňuje hlubší hloubky aktivní vrstvy, což znamená ještě větší pronikání vody. Led v půdě se taví, což způsobuje ztrátu pevnosti půdy, zrychlený pohyb a potenciální toky nečistot. Proto je konstrukce na půdách permafrostu extrémně nežádoucí.

Známé jsou také informace o mohutných pádech kamenů a ledu (až 11, 8 mil. M 3 ), zemětřeseních (až 3, 9 mil. Mílí), povodních (až 7, 8 mil. M 3 vody) a rychlém toku skalního ledu. To je způsobeno "nestabilitou svahů" v permafrostu na Vysočině. Nestabilita svahů v permafrostu při zvýšených teplotách v blízkosti bodu mrazu v oteplování permafrostu je spojena s účinným napětím a zvýšeným tlakem pórové vody v těchto půdách.

Vývoj permafrostových půd

Jason Kia a jeho spoluautoři vynalezli nový bezz filtrační tuhý piezometr (FRP) pro měření tlaku vody v póry v částečně zmrzlých půdách, jako je oteplování permafrostu. Rozšířili využití konceptu efektivního napětí pro částečně zmrazené půdy pro použití při analýze stability svahů oteplování svahů permafrostu. Aplikace konceptu efektivního stresu má mnoho výhod, například schopnost budovat základy a základy na permafrostových půdách.

Organický materiál

V severní polární oblasti, permafrost obsahuje 1 700 miliard tun organického materiálu, což je téměř polovina všech organických. Tato mísa vznikla v průběhu tisíciletí, pomalu se zhroutila v chladných podmínkách Arktidy. Množství uhlíku sekvestrovaného v permafrostu je čtyřnásobkem množství uhlíku emitovaného do atmosféry v důsledku lidské aktivity v moderní době.

Důsledky

Tvorba permafrostu má významné důsledky pro ekologické systémy, především z důvodu omezení uložených v kořenových zónách a také z důvodu omezení geometrie doupěte a díry pro faunu vyžadující podzemní domy. Sekundární dopady ovlivňují druhy závislé na rostlinách a zvířatech, jejichž stanoviště je omezeno na permafrost. Jedním z nejčastějších příkladů je výskyt černého smrku ve velkých oblastech permafrostu, protože tento druh může tolerovat zakořenění, omezené blízko povrchu.

Image

Výpočty permafrostových půd jsou někdy prováděny pro analýzu organických materiálů. Jeden gram půdy z aktivní vrstvy může obsahovat více než jednu miliardu bakteriálních buněk. Když jsou umístěny podél sebe, bakterie z jednoho kilogramu půdy aktivní vrstvy tvoří řetězec dlouhý 1000 km. Počet bakterií v půdě permafrostu se velmi liší, obvykle od 1 do 1000 milionů na gram půdy. Většina těchto bakterií a plísní v půdě permafrostu nemůže být kultivována v laboratoři, ale identita mikroorganismů může být detekována metodami založenými na DNA.

Arktida a globální oteplování

Arktická oblast je jedním z přírodních zdrojů skleníkových plynů metanu. Globální oteplování urychluje jeho uvolňování. Velké množství metanu je uloženo v Arktidě v polích zemního plynu, permafrostu a ve formě podvodních klathrátů. Jiné zdroje metanu zahrnují podvodní taliks, říční dopravu, ústup ledového komplexu, permafrost ponorky a rozkládající se plynové hydrátové depozity. Предварительный компьютерный анализ показывает, что вечная мерзлота может производить углерод, равный примерно 15 процентам сегодняшних выбросов от человеческой деятельности. Потепление и оттаивание грунтовых массивов делает строительство на вечномерзлых грунтах еще более опасным мероприятием.

Zajímavé články

Katya Mtsituridze: fotografie, životopis, osobní život

Bog marsh - zázrak na vašich stránkách

Dobré oblasti Moskvy zůstat. Hodnocení nejlepších oblastí Moskvy k pobytu

Herec Jurij Štěpán: životopis, filmografie a zajímavá fakta