Tokat e ngrira përjetësisht: zonat e shpërndarjes, temperatura, veçoritë e zhvillimit

2024 Autor: Henry Conors | [email protected]. E modifikuara e fundit: 2024-02-12 12:40

Nga ky artikull do të mësoni për veçoritë e tokave të përhershme të ngrira që janë të zakonshme në zonat e përhershme. Në gjeologji, permafrost është tokë, duke përfshirë tokën gurore (kriotike), e cila është e pranishme në një temperaturë ngrirjeje prej 0 °C ose më poshtë për dy ose më shumë vjet. Pjesa më e madhe e ngricës së përhershme ndodhet në gjerësi të mëdha (brenda dhe rreth rajoneve të Arktikut dhe Antarktikut), por, për shembull, në Alpe gjendet në lartësi më të larta.

Akulli tokësor nuk është gjithmonë i pranishëm, siç mund të jetë rasti me gurët themelorë jo poroz, por shpesh gjendet në sasi që tejkalojnë ngopjen e mundshme hidraulike të materialit tokësor. Permafrost përbën 0.022% të totalit të ujit në Tokë dhe ekziston në 24% të tokës së hapur në hemisferën veriore. Ndodh gjithashtu nën ujë në raftet kontinentale të kontinenteve që rrethojnë Oqeanin Arktik. Sipas një grupi shkencëtarësh, një rritje e temperaturës globale prej 1.5 °C (2.7 °F) mbi nivelin aktualnivelet do të jenë të mjaftueshme për të filluar shkrirjen e ngricave të përhershme në Siberi.

Studim

Në ndryshim nga pamjaftueshmëria relative e raporteve për tokat e ngrira në Amerikën e Veriut para Luftës së Dytë Botërore, literatura mbi aspektet inxhinierike të permafrostit ishte në dispozicion në rusisht. Duke filluar nga viti 1942, Simon William Muller hulumtoi në literaturën përkatëse të mbajtur nga Biblioteka e Kongresit dhe Biblioteka e Shërbimit Gjeologjik të Shteteve të Bashkuara për t'i ofruar qeverisë një manual inxhinierik dhe raport teknik mbi permafrost deri në vitin 1943.

Përkufizim

Permafrost është tokë, shkëmb ose sediment që është ngrirë për më shumë se dy vjet rresht. Në zonat jo të mbuluara me akull, ato ekzistojnë nën një shtresë toke, shkëmbi ose sedimenti që ngrin dhe shkrihet çdo vit dhe quhet "shtresa aktive". Në praktikë, kjo do të thotë se ngrirja e përhershme ndodh në një temperaturë mesatare vjetore prej -2 °C (28,4 °F) ose më të ulët. Trashësia e shtresës aktive ndryshon me sezonin, por varion nga 0.3 në 4 metra (i cekët përgjatë bregut të Arktikut; thellë në Siberinë jugore dhe Rrafshn altën Qinghai-Tibetan).

Gjeografi

Po në lidhje me përhapjen e permafrostit? Shtrirja e permafrostit ndryshon sipas klimës: sot në hemisferën veriore, 24% e sipërfaqes së tokës pa akull - e barabartë me 19 milionë kilometra katrorë - është pak a shumë e prekur nga ngrica e përhershme.

Pak më shumë se gjysma e kësaj zone është e mbuluar me ngrica të vazhdueshme,rreth 20 përqind është permafrost i ndërprerë dhe pak më pak se 30 përqind është permafrost sporadik. Pjesa më e madhe e këtij territori ndodhet në Siberi, Kanadanë veriore, Alaskë dhe Grenlandë. Nën shtresën aktive, luhatjet vjetore të temperaturës së permafrostit bëhen më të vogla me thellësi. Thellësia më e thellë e permafrostit ndodh aty ku nxehtësia gjeotermale mban temperaturat mbi zero. Mbi këtë kufi, mund të ketë ngrirje të përhershme, temperatura e të cilit nuk ndryshon çdo vit. Ky është "permafrost izotermik". Zonat e tokave të përhershme janë të papërshtatshme për jetën aktive njerëzore.

Klima

Permafrost zakonisht formohet në çdo klimë ku temperatura mesatare vjetore e ajrit është nën pikën e ngrirjes së ujit. Përjashtimet mund të gjenden në klimat e lagështa dimërore, si në Skandinavinë Veriore dhe në Rusinë verilindore në perëndim të Uraleve, ku bora vepron si një mbulesë izoluese. Zonat akullnajore mund të jenë përjashtime. Për shkak se të gjitha akullnajat nxehen në bazat e tyre nga nxehtësia gjeotermale, akullnajat e buta që janë afër pikës së tyre të shkrirjes nën presion mund të kenë ujë të lëngshëm në kufirin me tokën. Prandaj, ata janë të lirë nga permafrost. Anomalitë "fosile" të ftohta në gradientin gjeotermik në zonat ku ngrirja e thellë e zhvilluar gjatë Pleistocenit vazhdojnë deri në disa qindra metra. Kjo është e dukshme nga matjet e temperaturës së puseve në Amerikën e Veriut dhe Evropë.

Temperatura nën tokë

Në mënyrë tipike, temperatura nën tokë ndryshon nga stina në stinë më pak setemperatura e ajrit. Në të njëjtën kohë, temperaturat mesatare vjetore priren të rriten me thellësinë si rezultat i gradientit gjeotermik të kores së tokës. Kështu, nëse temperatura mesatare vjetore e ajrit është vetëm pak më e ulët se 0 °C (32 °F), ngrica e përhershme do të formohet vetëm në vende që janë të mbrojtura - zakonisht në anën veriore - duke krijuar ngrirje të pandërprerë. Në mënyrë tipike, ngrirja e përhershme do të mbetet e ndërprerë në klimat ku temperatura mesatare vjetore e sipërfaqes së tokës është -5 deri në 0°C (23 deri në 32°F). Zonat me dimër të lagësht të përmendur më sipër mund të mos kenë as ngrirje të përhershme deri në -2 °C (28 °F).

Llojet e permafrost

Permafrost shpesh ndahet më tej në permafrost i vazhdueshëm, ku permafrost mbulon 50 deri në 90 për qind të peizazhit dhe zakonisht gjendet në zona me temperatura mesatare vjetore nga -2 deri në -4 °C (28 deri në 25 °F), dhe permafrost sporadik, ku permafrost mbulon më pak se 50 përqind të peizazhit dhe zakonisht ndodh në temperatura mesatare vjetore midis 0 dhe -2 °C (32 dhe 28 °F). Në shkencën e tokës, zona sporadike e permafrostit është SPZ, ndërsa zona e gjerë e ndërprerë e permafrostit është zona e sensorit në distancë. Përjashtimet ndodhin në Siberinë pa xhama dhe Alaskën, ku thellësia aktuale e ngricës së përhershme është një mbetje e kushteve klimatike gjatë Epokës së Akullit, ku dimrat ishin 11 °C (20 °F) më të ftohtë se sot.

Temperatura e permafrost

Kur temperaturat mesatare vjetore të sipërfaqes së tokës janë nën -5 °C (23 °F), ndikimi i aspektitnuk mund të jetë kurrë e mjaftueshme për shkrirjen e permafrostit dhe për të formuar një zonë të vazhdueshme të ngrirjes së përhershme (shkurtimisht CPZ). Linja e permafrostit të vazhdueshëm në hemisferën veriore përfaqëson kufirin më jugor ku toka është e mbuluar nga ngrica e vazhdueshme ose akull akullnajore.

Për arsye të dukshme, dizajnimi në permafrost është një detyrë jashtëzakonisht e vështirë. Linja e vazhdueshme e permafrostit po ndryshon në veri ose në jug në mbarë botën për shkak të ndryshimeve klimatike rajonale. Në hemisferën jugore, pjesa më e madhe e vijës ekuivalente do të ishte në Oqeanin Jugor nëse do të kishte tokë. Pjesa më e madhe e kontinentit Antarktik është e mbuluar nga akullnajat, nën të cilat pjesa më e madhe e terrenit është subjekt i shkrirjes në tokë. Toka e ekspozuar e Antarktidës është kryesisht ngrica e përhershme.

Alpe

Përllogaritjet e sipërfaqes totale të zonës së permafrostit në Alpe ndryshojnë shumë. Bockheim dhe Munro kombinuan tre burimet dhe bënë vlerësime tabelare sipas rajonit (3,560,000 km2 në total).

Ngridhja e përhershme alpine në Ande nuk ishte në hartë. Shtrirja në këtë rast është modeluar për të vlerësuar sasinë e ujit në këto zona. Në vitin 2009, një studiues nga Alaska zbuloi ngrirjen e përhershme në 4,700 m (15,400 ft) në majën më të lartë të Afrikës, malin Kilimanjaro, rreth 3° në veri të ekuatorit. Themelet në tokat e përhershme të ngrira në këto gjerësi nuk janë të rralla.

Det i ngrirë dhe fundi i ngrirë

Përmafrost detar ndodh nën fundin e detit dhe ekziston në raftet kontinentale polarerajone. Këto zona u formuan gjatë epokës së fundit të akullit, kur pjesa më e madhe e ujit të Tokës ishte e mbyllur në shtresa akulli në tokë dhe nivelet e detit ishin të ulëta. Ndërsa shtresat e akullit shkriheshin dhe u kthyen përsëri në ujë deti, ngrica e përhershme u shndërrua në rafte të zhytura në kushte kufitare relativisht të ngrohta dhe të kripura në krahasim me ngricat e përhershme në sipërfaqe. Prandaj, permafrost nënujor ekziston në kushte që çojnë në zvogëlimin e tij. Sipas Osterkamp, ngrica e përhershme nënujore është një faktor në “projektimin, ndërtimin dhe funksionimin e objekteve bregdetare, strukturave të shtratit të detit, ishujve artificialë, tubacioneve nënujore dhe puseve të shpuara për eksplorim dhe prodhim.

Permafrost shtrihet në thellësitë e bazës, ku nxehtësia gjeotermale nga Toka dhe temperatura mesatare vjetore e sipërfaqes arrijnë një temperaturë ekuilibri prej 0 °C. Thellësia e bazës së permafrostit arrin 1,493 metra (4,898 ft) në pellgjet veriore të lumenjve Lena dhe Yana në Siberi. Gradienti gjeotermik është shkalla e rritjes së temperaturës në raport me rritjen e thellësisë në brendësi të Tokës. Larg kufijve të pllakës tektonike, është rreth 25-30 °C/km afër sipërfaqes në shumicën e vendeve të botës. Ai ndryshon me përçueshmërinë termike të materialit gjeologjik dhe është më pak për ngricën e përhershme në tokë sesa në shkëmbinj.

Akull në tokë

Kur përmbajtja e akullit në permafrost kalon 250 për qind (nga masa e akullit te toka e thatë), ai klasifikohet siakull masiv. Trupat masivë të akullit mund të variojnë në përbërje nga b alta e akullt në akull të pastër. Shtresat masive të akullit kanë një trashësi minimale prej të paktën 2 metrash, një diametër të shkurtër prej të paktën 10 metrash. Shikimet e para të regjistruara në Amerikën e Veriut u bënë nga shkencëtarët evropianë në lumin Canning në Alaskë në 1919. Literatura ruse jep një datë më të hershme të 1735 dhe 1739 gjatë Ekspeditës së Madhe Veriore të P. Lassinius dhe Kh. P. Laptev, përkatësisht. Dy kategoritë e akullit masiv të tokës janë akulli i groposur në sipërfaqe dhe i ashtuquajturi "akulli brenda derdhjes". Krijimi i çdo themeli mbi permafrost kërkon që të mos ketë akullnaja të mëdha aty pranë.

Akulli i varrosur në sipërfaqe mund të vijë nga bora, akulli i ngrirë i liqenit ose detit, aufeis (akulli i lumit të mbështjellë) dhe ndoshta varianti më i zakonshëm është akulli i varrosur akullnajor.

Ngrirja e ujërave nëntokësore

Akulli intradiestimal formohet si rezultat i ngrirjes së ujërave nëntokësore. Këtu mbizotëron akulli i segregacionit, i cili ndodh si rezultat i diferencimit të kristalizimit që ndodh gjatë ngrirjes së reshjeve të lagështa. Procesi shoqërohet me migrimin e ujit në frontin e ngrirjes.

Akulli intradiestimal (kushtetues) është vëzhguar dhe studiuar gjerësisht në të gjithë Kanadanë dhe përfshin gjithashtu akull ndërhyrës dhe injeksion. Për më tepër, pykat e akullit, një lloj i veçantë akulli tokësor, prodhojnë poligone me modele të dallueshme ose poligone tundra. Pykat e akullit formohen në një gjeologjike para-ekzistuesesubstrate. Ato u përshkruan për herë të parë në 1919.

Cikli i karbonit

Cikli i karbonit të përhershëm të ngrirë ka të bëjë me transferimin e karbonit nga tokat e përhershme të ngrira në bimësinë tokësore dhe mikrobet, në atmosferë, përsëri në bimësi, dhe në fund përsëri në tokën e përhershme të ngrirë përmes varrimit dhe reshjeve përmes proceseve kriogjenike. Një pjesë e këtij karboni transferohet në oqean dhe pjesë të tjera të globit përmes ciklit global të karbonit. Cikli përfshin shkëmbimin e dioksidit të karbonit dhe metanit midis përbërësve tokësorë dhe atmosferës, dhe transportin e karbonit midis tokës dhe ujit në formën e metanit, karbonit organik të tretur, karbonit inorganik të tretur, grimcave të karbonit inorganik dhe grimcave të karbonit organik.

Histori

Ngridhja e përhershme e Arktikut është zvogëluar gjatë shekujve. Pasoja e kësaj është shkrirja e tokës, e cila mund të jetë më e dobët, dhe çlirimi i metanit, i cili kontribuon në një rritje të shkallës së ngrohjes globale në një lak reagimi. Zonat e shpërndarjes së tokave të përhershme kanë ndryshuar vazhdimisht në histori.

Në maksimumin e fundit akullnajor, ngrirja e vazhdueshme mbuloi një zonë shumë më të madhe se sot. Në Amerikën e Veriut, vetëm një brez shumë i ngushtë i permafrostit ekzistonte në jug të shtresës gjeografike të akullit të Nju Xhersit në Iowa-n jugore dhe në Misuri veriore. Ai ishte i gjerë në rajonet perëndimore më të thata, ku shtrihej në kufirin jugor të Idahos dhe Oregonit. Në hemisferën jugore, ka disa dëshmi të një ish të përjetshmengrica e përhershme e kësaj periudhe në Otago qendrore dhe në Patagoninë argjentinase, por ndoshta ishte e ndërprerë dhe e lidhur me tundrën. Përherë ngrirja alpine ndodhi gjithashtu në Drakensberg gjatë ekzistencës së akullnajave mbi 3,000 metra (9,840 ft). Megjithatë, themelet dhe themelet mbi permafrost po krijohen edhe atje.

Struktura e tokës

Toka mund të përbëhet nga shumë materiale substrate, duke përfshirë shkëmbinj, sediment, lëndë organike, ujë ose akull. Toka e ngrirë është çdo gjë nën pikën e ngrirjes së ujit, pavarësisht nëse uji është i pranishëm ose jo në nënshtresë. Akulli tokësor nuk është gjithmonë i pranishëm, siç mund të jetë rasti për gurët themelorë jo poroz, por është i zakonshëm dhe mund të jetë i pranishëm në sasi që tejkalojnë ngopjen e mundshme hidraulike të substratit të shkrirë.

Si rezultat, reshjet po rriten, të cilat nga ana e tyre po dobësojnë dhe ndoshta po shemben ndërtesat në zona si Norilsk në Rusinë veriore, e cila shtrihet në zonën e përhershme të ngricave.

kolapsi i shpatit

Gjatë shekullit të kaluar, ka pasur shumë raste të raportuara të dështimit të shpatit alpin në vargmalet malore në mbarë botën. Një sasi e madhe dëmtimi strukturor pritet të shoqërohet me shkrirjen e ngricave të përhershme, që besohet se shkaktohet nga ndryshimet klimatike. Shkrirja e permafrostit besohet se ka kontribuar në rrëshqitjen e dheut në Val Pola të vitit 1987 që vrau 22 njerëz në Alpet italiane. I madh në vargmalet malorenjë pjesë e stabilitetit strukturor mund të jetë për shkak të akullnajave dhe ngricave të përhershme. Ndërsa klima ngrohet, ngrirja e përhershme shkrihet, duke çuar në një strukturë malore më pak të qëndrueshme dhe përfundimisht më shumë dështim të shpatit. Rritja e temperaturës mundëson thellësi më të thella të shtresës aktive, gjë që sjell edhe më shumë depërtim të ujit. Akulli në tokë shkrihet, duke shkaktuar humbje të forcës së tokës, lëvizje të përshpejtuar dhe rrjedhje të mundshme të mbeturinave. Prandaj, ndërtimi në permafrost është shumë i padëshirueshëm.

Ka gjithashtu informacione për rënie masive të shkëmbinjve dhe akullit (deri në 11.8 milion m³), tërmete (deri në 3.9 milion milje), përmbytje (deri në 7, 8 milion m³ ujë) dhe rrjedha e shpejtë e akullit shkëmbor. Kjo shkaktohet nga “paqëndrueshmëria e shpatit” në kushtet e permafrostit në malësi. Paqëndrueshmëria e pjerrësisë në ngrica të përhershme në temperatura të ngritura afër ngrirjes në ngricën e përhershme është e lidhur me stresin efektiv dhe rritjen e presionit të ujit në pore në këto toka.

Zhvillimi i tokave permafrost

Jason Kea dhe bashkëautorët kanë shpikur një piezometër të ri të ngurtë pa filtër (FRP) për të matur presionin e ujit në pore në tokat pjesërisht të ngrira, si p.sh. ngrohja e ngricës së përhershme. Ata e zgjeruan përdorimin e konceptit të stresit efektiv në tokat pjesërisht të ngrira për t'u përdorur në analizën e qëndrueshmërisë së shpateve të shpateve të ngrohjes së permafrostit. Zbatimi i konceptit të stresit efektiv ka shumë përparësi, për shembull, aftësia për të ndërtuar baza dhe themele mbitokat permafrost.

Organike

Në rajonin rrethpolar verior, permafrost përmban 1,700 miliardë ton material organik, gati gjysma e të gjithë lëndës organike. Ky pellg është krijuar gjatë mijëvjeçarëve dhe po shkatërrohet dalëngadalë në kushtet e ftohta të Arktikut. Sasia e karbonit të sekuestruar në permafrost është katërfishi i sasisë së karbonit të lëshuar në atmosferë nga aktiviteti njerëzor në kohët moderne.

Pasojat

Formimi i permafrostit ka implikime të rëndësishme për sistemet ekologjike, kryesisht për shkak të kufizimeve të vendosura në zonat e rrënjëve, si dhe kufizimeve në gjeometrinë e strofkave dhe strofkave për faunën që kërkojnë shtëpi nëntokësore. Ndikimet dytësore prekin speciet e varura nga bimët dhe kafshët, habitati i të cilave është i kufizuar nga ngricat e përhershme. Një nga shembujt më të zakonshëm është prevalenca e bredhit të zi në zona të gjera të ngricave të përhershme, pasi kjo specie mund të tolerojë vendosjen e kufizuar pranë sipërfaqes.

Llogaritjet e tokave permafrost bëhen ndonjëherë për analizën e materialit organik. Një gram tokë nga një shtresë aktive mund të përmbajë mbi një miliard qeliza bakteriale. Kur vendosen përgjatë njëra-tjetrës, bakteret nga një kilogram tokë e shtresës aktive formojnë një zinxhir 1000 km të gjatë. Numri i baktereve në tokën e përhershme të ngrirë ndryshon shumë, zakonisht midis 1 dhe 1000 milion për gram tokë. Shumica e këtyrebakteret dhe kërpudhat në tokën e përhershme nuk mund të kultivohen në laborator, por identiteti i mikroorganizmave mund të zbulohet duke përdorur metoda të bazuara në ADN.

Rajoni i Arktikut dhe ngrohja globale

Rajoni i Arktikut është një nga burimet natyrore të gazeve serrë të metanit. Ngrohja globale po përshpejton çlirimin e saj. Një sasi e madhe metani ruhet në Arktik në depozitat e gazit natyror, në ngrirjen e përhershme dhe në formën e clathrates nënujore. Burime të tjera të metanit përfshijnë talikat nëndetëse, transportin lumor, tërheqjen e kompleksit të akullit, ngricat e përhershme nëndetëse dhe depozitat e kalbura të hidratit të gazit. Analiza paraprake kompjuterike tregon se permafrost mund të prodhojë karbon të barabartë me rreth 15 për qind të emetimeve të sotme nga aktivitetet njerëzore. Ngrohja dhe shkrirja e masivëve të tokës e bën ndërtimin mbi ngrirjen e përhershme edhe më të rrezikshme.