Многолетняя мерзлота - условия образования, распространение и влияние на жизнь человека
Замерзание почвы изменяет её физические свойства. Это явление важно для циркуляции веществ, которые питают поверхностную растительность и почвенные организмы. В холодных наземных экосистемах таёжного типа, тундре, этот особый круговорот воды регулирует жизнь почвы и влияет на поверхностную жизнь (через корневые функции, микоризу, временные водно-болотные угодья и так далее). Циркуляция воды в мёрзлых грунтах также соответствует медленным и тонким теплообменам, которые могут пробудить грибные или симбиотические бактериальные колонии.
Учёные обнаружили, что из-за глобального потепления скорость оттаивания земли возросла. Это негативно влияет на атмосферу, землю, воду и живых существ. Деградация приземной многолетней мерзлоты оказывает влияние на хозяйственную деятельность и может представлять серьёзную угрозу использованию природных ресурсов и устойчивому развитию арктических сообществ. Почти четыре миллиона человек и 70% современной инфраструктуры находятся в районах с высоким потенциалом оттаивания.
Треть панарктической инфраструктуры и 45% месторождений углеводородов в российской Арктике находятся в регионах, где нестабильность грунта, связанная с оттепелями, может нанести серьёзный ущерб искусственной среде. Многие города, расположенные на криолитозоне, подвергаются угрозе разрушения.
Образования, сохранение или исчезновение криолитозоны очень тесно связаны с изменением климата. Вот почему глобальная сеть исследователей изучает толщу мерзлоты как индикатор глобального потепления на основе опросов, измерений температуры и спутникового мониторинга, инициированных глобальной сетью наземного мониторинга. Быстрая оттепель может значительно увеличить количество парниковых газов, выделяемых замороженными древними растениями и животными.
Недавние изменения
Потепление с конца 1960-х годов наблюдалось в профилях температуры криолитозоны во многих местах. За последние несколько десятилетий температура в целом снизилась в низинах и горах. Исключение составляют некоторые недавно обнажённые осушенные бассейны озёр и расширяющиеся береговые линии.
Оттаивание наблюдалось во многих низменных и горных районах в последние десятилетия — бо́льшая часть доказательств является косвенной и основана на изменениях в лесной и тундровой растительности, различном оседании поверхности земли и потере озёр.
Ежегодное оттаивание в западной части Северной Америки привело к оседанию грунта, появлению впадин, увеличению дренажа озера.
В региональном и глобальном масштабах изменения зональных границ мерзлоты трудно идентифицировать из-за трёхмерных неоднородностей. Деградация криолитозоны и изменения в её распределении связаны с повышенным образованием слоя или тела незамерзшего грунта, возникающего из-за локальной аномалии в термических, гидрологических, гидрогеологических или гидрохимических условиях.
Изменения зональных границ криолитозоны, моделируемых с использованием сценариев изменения климата, обычно основаны на прогнозах увеличения толщины активного слоя и изменений температуры на относительно небольших глубинах.
Тёплая мерзлота разлагается как сверху, так и снизу, увеличивая степень образования талика. Южный предел движется на север нерегулярным образом и регулируется локальными факторами, которые включают торфяник.
Торф представляет собой скопление частично разложившегося растительного вещества. Он образуется на водно-болотных угодьях или торфяниках, которые по-разному называются болотами, мускусами, покозинами, и торфяно-болотными лесами.
Движение «границы» между спорадической и прерывистой зонами мерзлоты во многом определяется развитием и распространённостью открытых таликов. В районах, богатых льдом, южная «граница» зоны непрерывной криолитозоны остаётся относительно стабильной, поскольку её полное исчезновение может занять от веков до тысячелетий, что затрудняет определение географических изменений.
Быстрая прибрежная эрозия, несмотря на то, что она поддерживается штормами и связанной с ними интенсивностью волн, сильно зависит от количества и типа грунтового льда.
Изменения в распределении, предсказываемые моделями, требуют обширной верификации на основе полевого или дистанционного зондирования в течение длительных периодов времени. Мониторинг термического состояния в глобальном масштабе необходим для понимания гидрологических связей, будущих изменений в распределении и для проверки глобальных и региональных моделей.
Ожидается, что изменение климата окажет значительное влияние на надземный и подземный климат. Хотя широко распространённые изменения криолитозоны обычно занимают века, по оценкам учёных, к середине XXI века её площадь в северном полушарии уменьшится на 20−35%. Кроме того, Экологическая программа ООН предполагает, что к 2080 году глубина оттаивания может увеличиться на 30−50%.
Выбросы парниковых газов
Криолитозона хранит огромное количество углерода и метана (вдвое больше углерода, чем содержится в атмосфере). Ожидается, что в условиях потепления эти газы будут выделяться. Этот процесс уже начался в некоторых частях мира, включая Западную Сибирь, и ожидается, что он серьёзно возрастёт к 2020 году.
Треть почвенного углерода Земли содержится в арктической тундровой почве, хранящейся в замороженном органическом веществе. Если высокие северные широты значительно нагреваются, мерзлота оттаивает, позволяя органическому веществу разлагаться. Разложение выпустит углерод в атмосферу. Это уже происходит в активном слое каждое лето.
В нормальных климатических условиях почва остаётся достаточно холодной, чтобы разложение было очень медленным. Но по мере повышения температуры воздуха и прогрева земли этот процесс ускорится. Некоторые полагают, что арктическая тундра может превратиться из поглотителя углерода в источник углерода к середине 2020-х годов.
Исследователи подсчитали: к 2200 году 60% мерзлоты Северного полушария, вероятно, растает, что может привести к выбросу в атмосферу около 190 миллиардов тонн углерода. Это количество составляет около половины всего углерода, выпущенного в индустриальную эпоху. Влияние этого на скорость атмосферного потепления может быть необратимым.
Во влажных районах бо́льшая часть выбросов будет производиться метаном, парниковым газом, который имеет от 20 до 25 раз большую теплотворную способность, чем углекислый газ. По мере того как земля нагревается, метан либо попадает непосредственно в атмосферу, либо бактерии разлагают его на углекислый газ.
Это то, что, как полагают, происходит вокруг озёр Сибири. В 2006 году исследователи, работающие на двух северных сибирских озёрах, обнаружили, что метан выделяется со скоростью в пять раз быстрее, чем первоначально предполагалось. Исследование также обнаружило расширение «оттепельных озёр». Наблюдения, проведённые в районах вечной мерзлоты и торфяников Канады и Швеции, также показывают эти тенденции.
Недавние исследования показали, что количество метана, выделяемого в настоящее время из региона арктического шельфа, примерно равно количеству метана, выделяемого во всех океанах мира. Это особенно опасно из-за малой глубины шельфа. В других регионах, где существуют гидраты метана, они достаточно глубоки, чтобы окислиться до углекислого газа, прежде чем достичь поверхности. В этом регионе метан выделяется прямо в воздух.
Сценарий бедствия
Когда атмосфера прогревается, мерзлота тает, выделяя парниковый газ, который дополнительно нагревает атмосферу. В настоящее время климатические модели не учитывают воздействия метана, выделяющегося при таянии криолитозоны, что означает: даже самые экстремальные сценарии потепления, могут быть недостаточно экстремальными. Скачок концентрации метана в атмосфере может спровоцировать катастрофическое глобальное потепление.
На Земле уже происходило массовое выделение метана: палеоценовый эоценовый тепловой максимум. Исследования, посвящённые этому периоду времени, показывают, что в атмосферу было выброшено большое количество метана. Но потепление, которое происходит из-за антропогенного изменения климата, является беспрецедентным по своей скорости — сегодня мир нагревается в десять раз быстрее, чем тогда. По этой причине трудно исключить любой сценарий глобального потепления.
