Ce este permafrostul? Definiție, tipuri și exemple

Permafrostul este sol înghețat — care poate include nisip, pământ sau roci — care rămâne înghețat cel puțin doi ani consecutiv. Poate fi pe uscat, dar poate fi găsit și sub ocean. Unele permafrosturi au fost înghețate de sute sau chiar mii de ani, dar este diferit de solul care îngheață iarna și se dezgheață vara. Permafrostul rămâne înghețat pe parcursul schimbărilor sezoniere.

Permafrostul poate avea o adâncime de câțiva metri sau mult mai mare. În unele locații, permafrostul are o adâncime de peste un kilometru și jumătate. Se găsește acoperind zone imense, cum ar fi întreaga tundră arctică, dar poate fi găsit și în locuri mai mici, specifice, cum ar fi partea de sub vânt a unui munte sau vârful unui munte.

În emisfera nordică, unde există mai multă masă continentală, aproximativ un sfert din sol este permafrost. Se găsește în multe dintre locurile unde vă așteptați să-l găsiți, cum ar fi Canada, Groenlanda și regiunile nordice ale Siberiei, și sub fundul Oceanului Arctic. Aproape 85% din suprafața statului Alaska este permanent înghețată. Dar veți găsi permafrost și la altitudini mari în locuri unde s-ar putea să nu vă așteptați, cum ar fi vârfurile munților din Munții Stâncoși și Tibet. În emisfera sudică, se găsește în Munții Anzi și Alpii de Sud din Noua Zeelandă.

Definiția permafrostului

Permafrostul a fost numit pentru prima dată în engleză de Simeon William Mueller într-un raport al United States Geological Survey (USGS) din 1943, dar fusese remarcat și înainte de alții. Mueller a obținut o mare parte din informațiile sale din rapoarte inginerești rusești din secolul al XIX-lea, deoarece permafrostul a trebuit abordat la construirea căii ferate Transsiberiene.

Permafrostul poate fi găsit sub straturi de gheață, astfel încât stratul de permafrost începe acolo unde se termină gheața, dar poate fi găsit și sub ceea ce oamenii de știință numesc un „strat activ”. Acesta este stratul de sol, nisip, roci sau un amestec al acestora care s-ar putea îngheța și dezgheța sezonier sau lunar ca răspuns la condițiile meteorologice precum ploaia sau zilele însorite. În cazul unui strat activ, ar trebui să săpați aproximativ 30 de centimetri sau mai mult pentru a găsi permafrostul dedesubt.

Aceasta înseamnă că există zone în care permafrostul există chiar la suprafață, sub un strat activ, sau sub straturi de gheață sau zăpadă care pot varia pe parcursul anului (permafrostul ar putea fi sub zăpadă o parte a anului și expus o parte a anului). Aceste schimbări ar putea fi sezoniere, influențate de vreme sau acțiune geotermală, și alți factori.

De obicei, permafrostul se găsește numai în locuri unde temperaturile medii anuale ale aerului sunt scăzute — la sau sub punctul de îngheț al apei: 0 grade Celsius (32 F). Dar, din nou, condițiile locale și istorice unice pot însemna că permafrostul poate fi găsit în locuri unde temperaturile medii sunt mai ridicate.

Permafrost continuu

Când temperaturile medii ale solului sunt de -5 grade Celsius (23 F), este suficient de frig pentru ca solul să rămână continuu înghețat. Când 90%-100% din solul unui peisaj este înghețat, se numește permafrost continuu. Există o linie de permafrost continuu în emisfera nordică, care reprezintă cele mai sudice puncte la care uscatul este acoperit de permafrost (sau gheață glaciară). Nu există un echivalent în emisfera sudică, deoarece zona unde ar fi linia este sub ocean.

Permafrost discontinuu

Permafrostul discontinuu apare atunci când 50%-90% din sol rămâne înghețat. Acest lucru se întâmplă atunci când solul rămâne rece, dar temperaturile aerului fluctuează sezonier. În aceste zone, unele straturi de sol se vor topi în timpul verii, în timp ce alte zone umbrite sau protejate ar putea rămâne înghețate.

Permafrost sporadic

Când permafrostul unei zone este sub 50%, este considerat permafrost sporadic. Acest lucru se întâmplă în locuri similare cu permafrostul discontinuu, dar poate la altitudini ușor mai joase, sau în zone expuse la mai mult soare sau curenți de aer cald.

Tipuri de permafrost

Unele alte subseturi de permafrost descriu zonele unde se găsesc, mai degrabă decât extinderea lor.

Alpin

Majoritatea permafrostului alpin este discontinuu, deoarece apare la altitudini mai mari și există condiții meteorologice locale și caracteristici geologice care îl pot influența. Permafrosturile alpine pot apărea oriunde este suficient de frig, deci nu sunt izolate în zonele apropiate de poli. În 2009, de exemplu, cercetătorii au găsit permafrost pe Muntele Kilimanjaro din Africa, care se află la doar aproximativ 320 de kilometri de ecuator. A fost găsit lângă vârful muntelui într-o zonă ne-glaciată.

Extinderea permafrosturilor alpine prezintă interes pentru oamenii de știință, deoarece conțin apă dulce legată în sol. Când permafrostul se topește, aceasta ar putea elibera apă în ecosisteme, inclusiv apă străveche, dar multe sunt încă necunoscute — permafrostul din Munții Anzi nu a fost cartografiat, de exemplu.

Subacvatic

Permafrostul subacvatic este îngropat sub fundul mării în zonele polare. Aceste permafrosturi sunt străvechi, formate în timpul ultimei ere glaciare, când nivelurile mării erau mai joase. Pe măsură ce nivelurile mării au crescut atunci când calotele de gheață de pe uscat s-au topit, acestea au acoperit acest pământ înghețat cu apă de mare. Permafrostul a devenit permanent scufundat și rămâne și astăzi, unde poate complica forajele subacvatice sau instalarea conductelor submarine.

Formațiuni ale solului

Există o serie de formațiuni interesante ale solului create în medii permafrostice, legate de combinația și efectele apei care se extinde și se contractă pe măsură ce îngheață și se topește, interacționând cu solurile, rocile și nisipul local.

Poligoane

Văzute dintr-un punct de vedere aerian, poligoanele arată ca și cum peisajul ar fi un puzzle mare. Se formează pe parcursul anotimpurilor, când temperaturile reci de iarnă fac solul să se contracte. Pe măsură ce se întâmplă acest lucru, apar crăpături; aceste fisuri se umplu apoi cu apa de topire din primăvară (de exemplu, de la zăpada de pe un munte din apropiere care se topește). Datorită permafrostului rece de sub solurile inițiale în care curge apa, apa îngheață și se extinde, formând pene de gheață. Acest ciclu se poate repeta de-a lungul anilor, iar de fiecare dată crăpăturile devin mai adânci; la un moment dat, penele devin atât de groase încât împing solul în creste care arată ca niște poligoane.

Pingos

Dacă nu ați ști ce sunt când le priviți, probabil ați crede că un pingo este doar un deal frumos rotunjit. Dar în zonele cu permafrost, acestea sunt puțin înșelătoare, deoarece, deși sunt făcute din sol la exterior, în interior au un nucleu de gheață solidă. Pot fi mai degrabă movile de doar 3 metri înălțime și puțin mai late la bază, sau pot fi destul de mari, de câteva zeci de metri înălțime. Conform unui studiu publicat în revista The Cryosphere, se estimează că există aproximativ 11.000 de pingos pe Pământ, majoritatea în zona bioclimatică a tundrei.

Soliflucție

Soliflucția este un termen generic pentru mai multe procese prin care un strat superior al solului se mișcă peste solul înghețat de dedesubt. Permafrostul acționează ca o suprafață dură, impermeabilă, astfel încât atunci când solul sau nisipul de deasupra sa este saturat cu lichid, acesta alunecă lent pe o pantă, tras de gravitație. Există câteva tipuri diferite de soliflucție, iar există dovezi care sugerează că procesul ar putea fi observat chiar și pe Marte.

Thermokarsturi

Karst se referă de obicei la o rocă calcaroasă sau la un proces care implică acea rocă, dar în acest caz calcarul nu este implicat — arată doar ca un proces similar văzut în calcare. Thermokarsturile sunt formate de ridicări datorate înghețului, care împing mici domuri din stratul activ care se află deasupra permafrostului. Domurile se prăbușesc atunci când are loc încălzirea, lăsând în urmă o adâncitură concavă. Din aceste formațiuni, se pot dezvolta pingos. În unele cazuri, se pot dezvolta thermokarsturi foarte mari, iar atunci când se umplu cu apă, pot deveni mici iazuri sau chiar lacuri.

Se topește permafrostul?

În prezent, permafrostul acoperă suprafețe uriașe de uscat (în emisfera nordică, este estimat la aproximativ 23 de milioane de kilometri pătrați, de mărimea Statelor Unite, Canadei și Chinei la un loc), dar se micșorează.

Deoarece Arctica se încălzește de aproximativ două ori mai repede decât zonele mai temperate, iar permafrostul este sensibil chiar și la mici schimbări de temperatură, permafrostul se topește mai rapid decât se aștepta, surprinzând oamenii de știință. Un studiu larg citat în revista Nature Climate Change estimează că, dacă Pământul se va încălzi cu 2 °C peste nivelurile pre-industriale (traiectoria pe care ne aflăm în prezent), permafrostul se va reduce cu 40%.

Permafrostul și criza climatică

Topirea permafrostului are destul de multe efecte. În primul rând, pe măsură ce se topește, eliberează gaze cu efect de seră, în special metan, în atmosferă. Acest lucru creează o buclă de feedback — pe măsură ce mai mult permafrost se topește, mai multe gaze de încălzire ajung în atmosferă, iar clima se încălzește mai mult. În al doilea rând, topirea permafrostului are efecte locale, inclusiv destabilizarea clădirilor și a sistemelor de transport, precum și posibile inundații distructive sau alunecări de teren/noroi.

Pe lângă consecințele ecologice și economice, comunitățile care locuiesc pe permafrost au început să piardă clădiri și, în unele locuri, orașe întregi ar putea fi nevoite să fie relocate. În Alaska, Groenlanda, Canada și Rusia, topirea permafrostului a dus la prăbușirea sau scufundarea caselor și clădirilor. În Vorkuta, Rusia, integritatea structurală a 40% din clădiri este compromisă, iar în Norilsk, un oraș de 175.000 de locuitori, 60% din clădiri sunt deteriorate din cauza topirii permafrostului, iar 10% din casele orașului au fost deja abandonate.

Este, de asemenea, dificil de reconstruit din cauza condițiilor instabile ale subsolului. În multe dintre aceste locuri, locuințele sunt deja rare, iar majoritatea celor afectați sunt indigeni ale căror comunități au locuit în aceste zone de mii de ani.

Consecințe ecologice

Topirea permafrostului schimbă peisajele. Pe măsură ce permafrostul se dezgheață, așa cum se întâmplă în Arctica canadiană, Alaska, Rusia și în alte părți, peisajele bogate care odată furnizau hrană pentru urșii grizzly, caribu și alte animale dispar sub alunecări de teren. Acest lucru se datorează faptului că solul este împins în sus și rearanjat atunci când apa de sub suprafață se contractă pe măsură ce gheața din interior se topește. Plantele alimentare pentru animale, cum ar fi afinele, merișoarele, arbuștii, lichenii și alte plante comestibile nu supraviețuiesc invaziei noroioase și aluvionare.

Eliberarea gazelor cu efect de seră

Topirea permafrostului, declanșată de schimbările climatice cauzate de om, ar putea crea o buclă de feedback periculoasă. Conform unui studiu publicat în revista Nature, există aproximativ 1.400 de gigatone de carbon în permafrostul din Arctica singură și acel carbon este eliberat mai repede decât se aștepta. Aceasta reprezintă de aproximativ patru ori mai mult decât au eliberat ființele umane de la începutul Revoluției Industriale și o face unul dintre cele mai mari depozite de carbon din lume. Dacă este eliberat, acest carbon trebuie luat în considerare în producția globală pe care oamenii de știință o folosesc pentru a înțelege mai bine impactul viitor al schimbărilor climatice.

Dacă mai multe gaze cu efect de seră sunt eliberate din permafrost pe măsură ce acesta se topește, temperaturile de încălzire se vor accelera, ducând la eliberarea mai multor gaze, topirea mai multor permafrost și așa mai departe.

Viruși și bacterii

Anumite organisme pot trăi mii de ani conservate în gheață. Condițiile sunt aproape ideale — medii reci, întunecate și cu oxigen scăzut înseamnă că unele dintre aceste celule microscopice pot supraviețui. Virușii, ciupercile și bacteriile care au fost înghețate în permafrost ar putea deveni active atunci când sunt spălate în sursele de apă prin apa de topire.

Acest lucru s-a întâmplat deja în 2016, când un ren purtător de antrax care fusese îngropat în permafrost timp de 75 de ani s-a dezghețat. Antraxul a ajuns în sursa de apă și zeci de persoane s-au îmbolnăvit, un băiețel a murit și mii de reni au pierit de asemenea, conform unui studiu publicat în revista Plos One. Virusul gripei spaniole din 1918 a fost, de asemenea, găsit pe cadavre intacte descoperite în Alaska, iar chiar și unii viermi vechi de 40.000 de ani au revenit la viață după ce au fost dezghețați. Extinderea completă a contaminării care ar putea apărea din virușii și bacteriile străvechi care pândesc în permafrost este necunoscută.

Impact economic

Pentru populațiile indigene, cum ar fi inuiții, care trăiesc în zone cu permafrost în topire, va fi din ce în ce mai dificil să găsească hrană din cauza miilor de alunecări și alunecări de teren thermokarstice care au avut deja loc și vor avea loc în anii următori. Aceste schimbări ale formelor de relief pot altera țărmurile prin prăbușire, pot schimba modul și locul în care curg râurile și pot duce la secarea lacurilor. Toate aceste fenomene pot avea, de asemenea, consecințe negative pentru fauna sălbatică din zonă, de care depind oamenii.

Topirea permafrostului duce, de asemenea, la prăbușirea clădirilor și drumurilor, care trebuie reconstruite sau abandonate, precum și a oricărei activități comerciale, de la foraje de petrol și gaze, la conducte de petrol și orice altă afacere sau comunitate care depinde de un sol stabil și o sursă fiabilă de apă. Datorită impactului său larg, o sumă exactă în dolari care să fie atribuită topirii permafrostului este dificil de estimat.

Alte consecințe

Topirea permafrostului este probabil să scoată la iveală rămășițele civilizațiilor antice, animalelor și istoriei Pământului care au fost îngropate de mii de ani. Mormântul unui prinț siberian vechi de 3.000 de ani a fost deja descoperit într-o zonă izolată, un avantaj pentru arheologii care studiază acea perioadă și acel loc.