Əbədi donmuş torpaqlar: yayılma sahələri, temperatur, inkişaf xüsusiyyətləri

2024 Müəllif: Henry Conors | [email protected]. Son dəyişdirildi: 2024-02-12 03:45

Bu məqalədən siz permafrost zonalarında ümumi olan daimi donmuş torpaqların xüsusiyyətləri haqqında öyrənəcəksiniz. Geologiyada permafrost iki və ya daha çox il ərzində 0 °C və ya daha aşağı donma temperaturunda mövcud olan daşlı (kriotik) torpaq da daxil olmaqla torpaqdır. Permafrostun çox hissəsi yüksək enliklərdə (Arktika və Antarktika bölgələrində və ətrafında) yerləşir, lakin, məsələn, Alp dağlarında daha yüksək hündürlüklərdə yerləşir.

Qrunt buzları məsaməli olmayan əsas süxurlarda olduğu kimi həmişə mövcud deyil, lakin çox vaxt qrunt materialının potensial hidravlik doyma səviyyəsindən artıq miqdarda olur. Permafrost Yerdəki ümumi suyun 0,022%-ni təşkil edir və Şimal yarımkürəsində açıq quru ərazilərin 24%-də mövcuddur. Şimal Buzlu Okeanı əhatə edən qitələrin kontinental şelflərində də su altında baş verir. Bir qrup elm adamına görə, qlobal temperaturun cari göstəricidən 1,5 °C (2,7 °F) yuxarı qalxmasısəviyyələr Sibirdə əbədi donun əriməsinə başlamaq üçün kifayət edəcək.

Təhsil

İkinci Dünya Müharibəsindən əvvəl Şimali Amerikada donmuş torpaqlar haqqında hesabatların nisbi azlığından fərqli olaraq, əbədi donun mühəndislik aspektlərinə dair ədəbiyyat rus dilində mövcud idi. 1942-ci ildən başlayaraq Saymon Uilyam Müller 1943-cü ilə qədər daimi donma ilə bağlı mühəndislik təlimatı və texniki hesabatı hökumətə təqdim etmək üçün Konqres Kitabxanası və Birləşmiş Ştatlar Geoloji Tədqiqat Kitabxanası tərəfindən saxlanılan müvafiq ədəbiyyatı araşdırdı.

Tərif

Permafrost, ardıcıl iki ildən artıq donmuş torpaq, qaya və ya çöküntüdür. Buzla örtülməyən ərazilərdə onlar hər il donan və əriyən torpaq, qaya və ya çöküntü qatının altında mövcuddur və "aktiv təbəqə" adlanır. Praktikada bu o deməkdir ki, permafrost orta illik temperaturda -2 °C (28,4 °F) və ya daha aşağı olur. Aktiv təbəqənin qalınlığı mövsümdən asılı olaraq dəyişir, lakin 0,3 ilə 4 metr arasında dəyişir (Arktika sahilləri boyunca dayaz; Sibirin cənubunda və Çinxay-Tibet yaylasında dərinlikdə).

Coğrafiya

Pərmafrostun yayılması haqqında nə demək olar? Permafrostun miqyası iqlimə görə dəyişir: bu gün Şimal yarımkürəsində buzsuz quru ərazisinin 24%-i - 19 milyon kvadrat kilometrə bərabərdir - daimi dondan az-çox təsirlənir.

Bu ərazinin yarıdan bir qədər çoxu davamlı permafrostla örtülüdür,təqribən 20 faiz fasiləsiz permafrost və 30 faizdən bir qədər az hissəsi isə sporadik permafrostdur. Bu ərazinin böyük hissəsi Sibirdə, Kanadanın şimalında, Alyaskada və Qrenlandiyada yerləşir. Aktiv təbəqənin altında illik permafrost temperatur dəyişiklikləri dərinlik artdıqca kiçik olur. Permafrostun ən dərin dərinliyi geotermal istiliyin donmadan yuxarı temperaturu saxladığı yerdə baş verir. Bu hədddən yuxarıda temperaturu hər il dəyişməyən daimi don ola bilər. Bu "izotermik permafrost"dur. Permafrost torpaqların əraziləri insanların aktiv həyatı üçün zəif uyğundur.

İqlim

Permafrost adətən orta illik hava temperaturunun suyun donma nöqtəsindən aşağı olduğu istənilən iqlimdə əmələ gəlir. İstisnalar, qarın izolyasiya örtüyü kimi çıxış etdiyi Şimali Skandinaviya və Uralın qərbindəki Rusiyanın şimal-şərqi kimi yaş qış iqlimlərində tapıla bilər. Buzlaq ərazilər istisnalar ola bilər. Bütün buzlaqlar öz əsaslarında geotermal istiliklə qızdırıldığı üçün təzyiqli ərimə nöqtəsinə yaxın olan mülayim buzlaqlar quru ilə sərhəddə maye suya malik ola bilər. Buna görə də onlar əbədi dondan azaddırlar. Pleistosen dövründə dərin permafrostun əmələ gəldiyi ərazilərdə geotermal qradiyentdə "fosil" soyuq anomaliyaları bir neçə yüz metrə qədər davam edir. Bu, Şimali Amerika və Avropada quyuların temperaturu ölçmələrindən aydın görünür.

Yer altı temperatur

Adətən, yer altı temperatur mövsümdən mövsümə daha az dəyişirhava istiliyi. Eyni zamanda, yer qabığının geotermal qradiyenti nəticəsində orta illik temperaturlar dərinliklə artmağa meyllidir. Beləliklə, əgər havanın orta illik temperaturu 0 °C-dən (32 °F) bir qədər aşağı olarsa, daimi buzlaq yalnız qorunan yerlərdə - adətən şimal tərəfdə - fasiləsiz permafrost yaradaraq formalaşacaq. Tipik olaraq, torpaq səthinin orta illik temperaturunun -5 ilə 0°C (23 ilə 32°F) arasında olduğu iqlimlərdə daimi donmuş torpaqlar kəsiləcək. Yuxarıda qeyd olunan yağışlı qışı olan ərazilərdə hətta -2 °C-ə (28 °F) qədər fasilələrlə daimi donmuş ola bilməz.

Parmafrost növləri

Permafrost tez-tez geniş fasiləli permafrostlara bölünür, burada daimi donlar landşaftın 50-90 faizini əhatə edir və adətən -2 ilə -4 °C (28 ilə 25 °F) arasında orta illik temperatur olan ərazilərdə rast gəlinir., və permafrost landşaftın 50 faizindən azını əhatə etdiyi və adətən 0 ilə -2 °C (32 və 28 °F) arasında olan orta illik temperaturda baş verdiyi sporadik permafrost. Torpaqşünaslıqda sporadik permafrost zonası SPZ, geniş fasiləsiz permafrost zonası isə uzaqdan zondlama zonasıdır. İstisnalar şirsiz Sibir və Alyaskada baş verir, burada daimi donun indiki dərinliyi Buz Dövründə iqlim şəraitinin qalığıdır, burada qışlar indikindən 11 °C (20 °F) daha soyuqdur.

Permafrost temperaturu

Torpaq səthinin orta illik temperaturu -5 °C-dən (23 °F) aşağı olduqda, aspektin təsiripermafrostun əriməsi və davamlı permafrost zonası (qısaca CPZ) yaratmaq üçün heç vaxt kifayət edə bilməz. Şimal Yarımkürəsindəki davamlı donuqluq xətti qurunun davamlı permafrost və ya buzlaq buzla örtüldüyü ən cənub sərhədini təmsil edir.

Məlum səbəblərə görə, əbədi donda dizayn etmək olduqca çətin bir işdir. Davamlı permafrost xətti regional iqlim dəyişikliyi səbəbindən dünyanın hər yerində şimala və ya cənuba dəyişir. Cənub yarımkürəsində, əgər quru olsaydı, ekvivalent xəttin çox hissəsi Cənubi Okeanda olardı. Antarktika qitəsinin çox hissəsi buzlaqlarla örtülüdür, onların altında ərazinin çox hissəsi yerdə əriməyə məruz qalır. Antarktidanın açıq ərazisi əsasən əbədi dondur.

Alplar

Alp dağlarında permafrost zonasının ümumi sahəsinin təxminləri çox dəyişir. Bockheim və Munro üç mənbəni birləşdirdi və regionlar üzrə cədvəlli təxminlər etdi (cəmi 3.560.000 km2).

And dağlarında Alp permafrost xəritədə yox idi. Bu halda miqdar bu ərazilərdə suyun miqdarını qiymətləndirmək üçün modelləşdirilir. 2009-cu ildə Alyaskalı bir tədqiqatçı, ekvatordan təxminən 3° şimalda, Afrikanın ən yüksək zirvəsi olan Kilimancaro dağında 4700 m (15400 fut) yüksəklikdə daimi donmuş torpaq kəşf etdi. Bu enliklərdə əbədi donmuş torpaqlarda təməllər nadir deyil.

Donmuş dənizlər və donmuş dib

Dəniz permafrost dəniz dibinin altında baş verir və qütb kontinental şelflərdə mövcuddurbölgələr. Bu ərazilər son buz dövründə, Yer kürəsinin suyunun böyük hissəsinin quruda buz təbəqələri ilə bağlandığı və dəniz səviyyəsinin aşağı olduğu dövrdə əmələ gəlmişdir. Buz təbəqələri əriyib yenidən dəniz suyuna çevrildikcə, permafrost səthdəki permafrostla müqayisədə nisbətən isti və duzlu sərhəd şəraitində su altı rəflərə çevrildi. Buna görə də, su altı permafrost onun azalmasına səbəb olan şəraitdə mövcuddur. Osterkamp-a görə, su altı permafrost “sahil obyektlərinin, dəniz dibi strukturlarının, süni adaların, su altı boru kəmərlərinin və kəşfiyyat və hasilat üçün qazılan quyuların layihələndirilməsi, tikintisi və istismarı üçün amildir.

Permafrost, Yerdən gələn geotermal istiliyin və orta illik səth temperaturunun 0 °C tarazlıq temperaturuna çatdığı bazanın dərinliklərinə qədər uzanır. Permafrost bazasının dərinliyi Sibirdəki Lena və Yana çaylarının şimal hövzələrində 1493 metrə (4898 fut) çatır. Geotermal qradiyent Yerin daxili hissəsində dərinliyin artmasına nisbətdə temperaturun artım sürətidir. Tektonik plitənin hüdudlarından uzaqda, dünyanın əksər ölkələrində səthə yaxın təxminən 25-30 °C/km təşkil edir. O, geoloji materialın istilik keçiriciliyinə görə dəyişir və torpaqdakı daimi don üçün əsas süxurdan daha azdır.

Torpaqda buz

Parmafrostun buz tərkibi 250 faizdən çox olduqda (buz kütləsindən quru torpağa) o, aşağıdakı kimi təsnif edilir.kütləvi buz. Kütləvi buz cisimləri tərkibində buzlu palçıqdan təmiz buza qədər dəyişə bilər. Kütləvi buz təbəqələrinin minimum qalınlığı ən azı 2 metr, qısa diametri ən azı 10 metrdir. Şimali Amerikada ilk qeydə alınmış müşahidələr 1919-cu ildə Alyaskada Canning çayında avropalı alimlər tərəfindən edilmişdir. Rus ədəbiyyatı P. Lassinius və X. P. Laptevin Böyük Şimal Ekspedisiyası zamanı müvafiq olaraq 1735 və 1739-cu illərin daha erkən tarixini verir. Kütləvi yer buzunun iki kateqoriyası basdırılmış səth buzları və "intra-boz" adlanan buzlardır. Permafrost üzərində hər hansı bir təməlin yaradılması yaxınlıqda böyük buzlaqların olmamasını tələb edir.

Torpağa basdırılmış səth buzları qar, donmuş göl və ya dəniz buzu, aufeis (yayılmış çay buzu) ola bilər və yəqin ki, ən çox yayılmış variant basdırılmış buzlaq buzlarıdır.

Qrunt sularının donması

Qrunt sularının donması nəticəsində intraestimal buz əmələ gəlir. Burada yaş yağıntıların donması zamanı baş verən kristallaşma diferensasiyası nəticəsində baş verən seqreqasiya buzları üstünlük təşkil edir. Proses suyun donma cəbhəsinə miqrasiyası ilə müşayiət olunur.

Intradiestimal (konstitusiya) buz Kanadada geniş şəkildə müşahidə edilmiş və tədqiq edilmişdir və həmçinin müdaxilə və inyeksiya buzlarını da əhatə edir. Bundan əlavə, yer buzunun ayrı bir növü olan buz pazları, tanınan naxışlı çoxbucaqlılar və ya tundra poliqonları yaradır. Buz pazları əvvəlcədən mövcud olan geoloji şəraitdə əmələ gəlirsubstrat. Onlar ilk dəfə 1919-cu ildə təsvir edilmişdir.

Karbon dövrü

Permafrost karbon dövrü karbonun daimi donmuş torpaqlardan yerüstü bitki örtüyünə və mikroblara, atmosferə, yenidən bitki örtüyünə və nəhayət, kriogen proseslər vasitəsilə basdırılma və yağıntı yolu ilə əbədi donmuş torpaqlara köçürülməsi ilə əlaqədardır. Bu karbonun bir hissəsi qlobal karbon dövrü vasitəsilə okeana və dünyanın digər hissələrinə ötürülür. Bu dövrə yer komponentləri ilə atmosfer arasında karbon qazı və metan mübadiləsini və karbonun quru ilə su arasında metan, həll olunmuş üzvi karbon, həll olunmuş qeyri-üzvi karbon, qeyri-üzvi karbon hissəcikləri və üzvi karbon hissəcikləri şəklində daşınmasını əhatə edir.

Tarix

Arktikanın əbədi donu əsrlər boyu kiçilir. Bunun nəticəsi, daha zəif ola biləcək torpağın əriməsi və geribildirim dövrəsində qlobal istiləşmə sürətinin artmasına kömək edən metanın sərbəst buraxılmasıdır. Permafrost torpaqlarının yayılma sahələri tarixdə daim dəyişmişdir.

Son buzlaq maksimumunda davamlı permafrost indiki ilə müqayisədə daha böyük ərazini əhatə edirdi. Şimali Amerikada Ayova ştatının cənubunda və Missurinin şimalında Nyu-Cersi enlik buz təbəqəsinin cənubunda yalnız çox dar bir permafrost qurşağı mövcud idi. Aydaho və Oreqon ştatlarının cənub sərhədinə qədər uzanan daha quru qərb bölgələrində geniş idi. Cənub yarımkürəsində keçmiş əbədi olduğuna dair bəzi sübutlar varmərkəzi Otaqo və Argentina Patagonia bu dövrün permafrost, lakin yəqin ki, fasiləsiz və tundra ilə bağlı idi. Alp permafrost da Drakensberg-də 3000 metrdən (9840 fut) yuxarı buzlaqların mövcudluğu zamanı meydana gəldi. Buna baxmayaraq, hətta orada daimi donmuş üzərində təməllər və təməllər qurulur.

Torpağın quruluşu

Torpaq bir çox substrat materiallarından, o cümlədən əsas qaya, çöküntü, üzvi maddələr, su və ya buzdan ibarət ola bilər. Donmuş torpaq, substratda suyun olub-olmamasından asılı olmayaraq, suyun donma nöqtəsindən aşağı olan hər hansı bir şeydir. Qeyri-məsaməli əsas süxurlarda olduğu kimi, qrunt buzları həmişə mövcud deyil, lakin bu, adi haldır və ərimiş substratın potensial hidravlik doymasından artıq miqdarda ola bilər.

Nəticədə yağıntılar artır, bu da öz növbəsində Rusiyanın şimalındakı Norilsk kimi daimi don zonasında yerləşən ərazilərdə binaları zəiflədir və bəlkə də çökə bilər.

Yamacın çökməsi

Son əsrdə dünyanın müxtəlif yerlərində dağ silsilələrində alp yamaclarının sıradan çıxması ilə bağlı çoxlu məlumat verilmişdir. İqlim dəyişikliyinin səbəb olduğu güman edilən permafrostların əriməsi ilə bağlı böyük miqdarda struktur zədələnməsi gözlənilir. 1987-ci ildə İtaliyanın Alp dağlarında 22 nəfərin ölümünə səbəb olan Val Pola sürüşməsinə əbədi donun əriməsinin töhfə verdiyi güman edilir. Dağ silsilələrində böyükstruktur dayanıqlığının bir hissəsi buzlaqlar və daimi donlarla bağlı ola bilər. İqlim istiləşdikcə, əbədi donun əriməsi dağ quruluşunun daha az dayanıqlı olmasına və nəticədə daha çox yamacın pozulmasına səbəb olur. Temperaturun artırılması aktiv təbəqənin daha dərin dərinliklərinə getməyə imkan verir ki, bu da daha çox suyun nüfuz etməsinə səbəb olur. Torpaqdakı buz əriyir, torpağın möhkəmliyini itirir, hərəkəti sürətləndirir və potensial zibil axınına səbəb olur. Buna görə də, əbədi donda tikinti çox arzuolunmazdır.

Kütləvi qayalar və buz çökmələri (11,8 milyon m³), zəlzələlər (3,9 milyon mil-ə qədər), daşqınlar (7, 8 milyon m³ su) və qayalı buzun sürətli axını. Bu, yüksək dağlıq ərazilərdə əbədi donmuş şəraitdə "yamacın qeyri-sabitliyi" ilə əlaqədardır. İstiləşən permafrostda donmaya yaxın yüksək temperaturda yamacın qeyri-sabitliyi bu torpaqlarda effektiv gərginlik və məsamə suyunun təzyiqinin artması ilə əlaqələndirilir.

Parmafrost torpaqlarının inkişafı

Jason Kea və həmmüəlliflər istiləşmə permafrost kimi qismən donmuş torpaqlarda məsamə suyunun təzyiqini ölçmək üçün yeni filtrsiz sərt piezometr (FRP) icad etdilər. Onlar istiləşən permafrost yamaclarının yamacın dayanıqlığının təhlilində istifadə etmək üçün qismən donmuş qruntlarda effektiv gərginlik konsepsiyasının istifadəsini genişləndirdilər. Effektiv stress konsepsiyasının tətbiqi bir çox üstünlüklərə malikdir, məsələn, əsaslar və təməllər qurmaq imkanıdaimi donmuş torpaqlar.

Üzvi

Şimali qütb qütb bölgəsində daimi donmuş 1.700 milyard ton üzvi materialdan ibarətdir ki, bu da bütün üzvi maddələrin təxminən yarısıdır. Bu hövzə minilliklər ərzində yaradılıb və Arktikanın soyuq şəraitində yavaş-yavaş məhv edilir. Permafrostda saxlanılan karbonun miqdarı müasir dövrdə insan fəaliyyəti nəticəsində atmosferə buraxılan karbonun miqdarından dörd dəfə çoxdur.

Nəticələr

Parmafrostun əmələ gəlməsi, ilk növbədə, kök zonalarına qoyulan məhdudiyyətlər, həmçinin yer altı evlər tələb edən fauna üçün yuva və yuvaların həndəsəsinə qoyulan məhdudiyyətlər səbəbindən ekoloji sistemlər üçün əhəmiyyətli təsirlərə malikdir. İkinci dərəcəli təsirlər, yaşayış yeri daimi donmuş torpaqlarla məhdudlaşan bitki və heyvanlardan asılı olan növlərə təsir göstərir. Ən çox görülən nümunələrdən biri qara ladinlərin geniş permafrost ərazilərində yayılmasıdır, çünki bu növ səthə yaxın olan məhdud yerlərə dözə bilir.

Əbədi donmuş torpaqların hesablamaları bəzən üzvi materialın analizi üçün aparılır. Aktiv təbəqədən olan bir qram torpaqda bir milyarddan çox bakteriya hüceyrəsi ola bilər. Aktiv təbəqənin bir kiloqram torpağından bakteriyalar bir-biri ilə birlikdə yerləşdirildikdə 1000 km uzunluğunda bir zəncir əmələ gətirir. Permafrost torpaqda bakteriyaların sayı geniş şəkildə dəyişir, adətən hər qram torpaqda 1 ilə 1000 milyon arasındadır. Bunların çoxuPermafrost torpaqda bakteriya və göbələkləri laboratoriyada yetişdirmək mümkün deyil, lakin mikroorqanizmlərin kimliyi DNT əsaslı üsullarla aşkar edilə bilər.

Arktika bölgəsi və qlobal istiləşmə

Arktika bölgəsi metan istixana qazlarının təbii mənbələrindən biridir. Qlobal istiləşmə onun buraxılmasını sürətləndirir. Böyük miqdarda metan Arktikada təbii qaz yataqlarında, əbədi buzlaqlarda və su altı klatratlar şəklində saxlanılır. Digər metan mənbələrinə su altı taliklər, çay nəqliyyatı, buz kompleksinin geri çəkilməsi, su altı permafrost və çürüyən qaz hidrat yataqları daxildir. İlkin kompüter təhlili göstərir ki, permafrost insan fəaliyyəti nəticəsində bugünkü emissiyaların təxminən 15 faizi qədər karbon istehsal edə bilər. Torpaq massivlərinin istiləşməsi və əriməsi əbədi donda tikintini daha da təhlükəli edir.