A partir d’aquest article, coneixereu les característiques dels sòls permafrost, habituals a les zones de permafrost. En geologia, el permafrost és terra, incloent-hi el sòl de pedra (criòtica), rellevant a una temperatura de congelació de 0 ° C o inferior durant dos o més anys. La major part del permafrost es troba en latituds altes (a les regions de l’Àrtic i a l’àrtic i als voltants), però, per exemple, es troba als Alps i més alts.
El gel de terra no sempre està present, com pot ser el cas del llit no porós, però sovint es troba en quantitats que superen la saturació hidràulica potencial del material de terra. El permafrost constitueix el 0, 022% de l'aigua total de la Terra i existeix al 24% de les terres obertes de l'hemisferi nord. També es produeix sota l’aigua als prestatges continentals dels continents que envolten l’oceà Àrtic. Segons un grup de científics, un augment global de la temperatura d'1, 5 ° C (2, 7 ° F) per sobre dels nivells actuals serà suficient per començar a descongelar el permafrost a Sibèria.
Estudi
En contrast amb la relativa relativa d'informes sobre sòls congelats a Amèrica del Nord abans de la Segona Guerra Mundial, la literatura sobre els aspectes d'enginyeria del permafrost estava disponible en rus. A partir del 1942, Simon William Muller va aprofundir en la literatura rellevant de la Biblioteca del Congrés i la Biblioteca d’Estudis Geològics dels Estats Units per proporcionar al govern una guia d’enginyeria i un informe tècnic sobre el permafrost cap al 1943.
Definició
Els sòls permafrost són sòls, roques o sediments que es congelen durant més de dos anys consecutius. En zones no cobertes de gel, existeixen sota una capa de terra, pedra o sediment, que es congela i es descongela cada any i es denomina “capa activa”. A la pràctica, això significa que el permafrost es produeix a una temperatura mitjana anual de -2 ° C (28, 4 ° F) o inferior. El gruix de la capa activa varia segons la temporada, però oscil·la entre 0, 3 i 4 metres (poc profund a la costa de l’Àrtic; profund al sud de Sibèria i a l’altiplà de Qinghai-Tibet).
Geografia
Què es pot dir de la distribució de sòls permafrost? El grau de permafrost varia segons el clima: avui en l'hemisferi nord, el 24% de la superfície terrestre lliure de gel - que equival a 19 milions de quilòmetres quadrats - està més o menys afectada pel permafrost.
En aquesta zona, una mica més de la meitat està cobert per un permafrost continu, al voltant d’un 20 per cent –per un permafrost intermitent i una mica menys del 30 per cent– per un permafrost esporàdic. La major part d’aquest territori es troba a Sibèria, nord del Canadà, Alaska i Groenlàndia. Sota la capa activa, les fluctuacions anuals de la temperatura del permafrost es fan més petites amb la profunditat. La profunditat més profunda de permafrost es produeix on la calor geotèrmica manté temperatures per sobre de zero. Per sobre d’aquest límit pot haver-hi permafrost, la temperatura de la qual no canvia anualment. Es tracta de "permafrost isotèrmic". Les zones de sòls permafrost són poc adequades per a la vida humana activa.
Clima
El permafrost es forma generalment en qualsevol clima on la temperatura mitjana anual de l’aire sigui inferior al punt de congelació de l’aigua. Es poden trobar excepcions en hiverns humits, per exemple, al nord d’Escandinàvia i al nord-est de Rússia a l’oest dels Urals, on la neu actua com a recobriment aïllant. Els llocs glacials poden ser una excepció. Com que totes les glaceres s’escalfen a la base amb calor geotèrmica, les glaceres temperades que es troben a prop del punt de fusió sota pressió poden tenir aigua líquida a la vora amb el terra. Per tant, estan lliures de permafrost. Anomalies fredes “fòssils” en un gradient geotèrmic en zones on es conserven fins a diversos centenars de metres el permafrost profund desenvolupat durant el Plistocè. Això es desprèn de les mesures de temperatura dels pous a Amèrica del Nord i Europa.
Temperatura sota terra
Normalment, la temperatura sota el sòl varia d’estació a temporada inferior a la temperatura de l’aire. Al mateix temps, les temperatures mitjanes anuals solen augmentar amb profunditat com a conseqüència del gradient geotèrmic de l'escorça terrestre. Així, si la temperatura mitjana anual de l’aire només és lleugerament inferior a 0 ° C (32 ° F), el permafrost només es formarà en llocs protegits –normalment des del costat nord– creant un permafrost intermitent. Típicament, el permafrost romandrà intermitent en un clima on la temperatura mitjana anual de la superfície del sòl és de -5 a 0 ° C (23 a 32 ° F). A les zones humides de l’hivern esmentades anteriorment, fins i tot no hi pot haver ni un permafrost intermitent fins a -2 ° C (28 ° F).
Tipus de permafrost
El permafrost sovint es divideix encara més en un gran permafrost intermitent, on el permafrost cobreix entre el 50 i el 90 per cent del paisatge i es troba habitualment en zones amb una temperatura mitjana anual de -2 a -4 ° C (28-25 ° F), així com en permafrost esporàdic. on la cobertura de permafrost és inferior al 50 per cent del paisatge i sol produir-se a una temperatura mitjana anual de 0 a -2 ° C (32 i 28 ° F). En ciències del sòl, la zona esporàdica de permafrost és SPZ, i la vasta zona de permafrost intermitent és DZZ. Les excepcions es produeixen a la Sibèria sense glaçar i a Alaska, on la profunditat actual de permafrost és una relíquia de les condicions climàtiques durant la glaciació, on els hiverns eren més freds que els actuals.
Temperatura del sòl permafrost
A les temperatures mitjanes anuals de la superfície del sòl per sota dels -5 ° C (23 ºF), la influència de l'aspecte mai pot ser suficient per descongelar el permafrost i formar una zona de permafrost continu (abreujat com a CPZ). La línia de permafrost continu a l’hemisferi nord és la frontera més meridional, on la terra està coberta per un permafrost continu o gel glacial.
Per raons òbvies, dissenyar sobre permafrost és extremadament difícil. La línia de permafrost canvia a tot el món cap al nord o el sud a causa dels canvis climàtics regionals. A l’hemisferi sud, la major part de la línia equivalent estaria a l’oceà sud si hi hagués terres. La major part del continent antàrtic està cobert per glaceres, sota les quals la majoria de la zona és propensa a la fusió del sòl. La terra exposada de l'Antàrtida recau en gran mesura en el permafrost.
Alps
Les estimacions de la superfície total de la zona de permafrost als Alps varien molt. Bokheim i Munro van combinar les tres fonts i van fer estimacions tabulars per regió (un total de 3.560.000 km2).
El permafrost alpí dels Andes no es trobava al mapa. La longitud en aquest cas es modelitza per estimar la quantitat d’aigua en aquestes zones. El 2009, un investigador d'Alaska va descobrir un permafrost a 4.700 m (15.400 peus) al cim més alt de l'Àfrica, el Mont Kilimanjaro, a uns 3 ° al nord de l'equador. Les bases sobre sòls permafrost en aquestes latituds no són poc freqüents.
Mar congelat i fons glaçat
El permafrost es troba sota el fons marí i existeix a les plataformes continentals de les regions polars. Aquestes zones es van formar durant l’última glaciació, quan la major part de l’aigua de la Terra estava connectada a glaçades terrestres i el nivell del mar era baix. Quan les glaçades es van fondre i van tornar a ser aigua de mar, el permafrost es va convertir en prestatgeries inundades en condicions límit relativament càlides i salades en comparació amb el permafrost a la superfície. Per tant, hi ha un permafrost subaquàtic en condicions que condueixen a la seva reducció. Segons Osterkamp, el permafrost submarí és un factor en el “disseny, construcció i explotació d’instal·lacions costaneres, instal·lacions de fons marins, illes artificials, canonades submarines i pous forats per a la seva exploració i producció.
El permafrost s’estén fins a la profunditat de la base, on la calor geotèrmica de la Terra i la temperatura mitjana anual de la superfície assoleixen una temperatura d’equilibri de 0 ° C. La profunditat del permafrost arriba als 1493 metres a les conques septentrionals dels rius Lena i Yana a Sibèria. Un gradient geotèrmic és la velocitat d’augment de la temperatura respecte d’un augment de la profunditat a les entranyes de la terra. Lluny dels límits de la placa tectònica, es troba a uns 25-30 ° C / km a prop de la superfície a la majoria de països del món. Varia en funció de la conductivitat tèrmica del material geològic i menys pel permafrost al sòl que en el llit.
Gel al sòl
Quan el contingut de gel al permafrost supera el 250 per cent (de la massa de gel a terra seca), es classifica com a gel massiu. Els massius cossos de gel poden variar en la seva composició, des del fang gelat fins al gel pur. Les masses capes de gel tenen un gruix mínim d'almenys 2 metres, un diàmetre curt d'almenys 10 metres. Les observacions registrades per primera vegada a Amèrica del Nord van ser realitzades per científics europeus sobre el riu Canning a Alaska el 1919. La literatura russa cita una data anterior de 1735 i 1739 durant la Gran Expedició del Nord de P. Lassinia i H.P. Laptev, respectivament. Dues categories de gel massiu de terra són gel de superfície soterrat i l'anomenat "gel intra-seient". La creació de qualsevol fonament sobre sòls permafrost requereix que no hi hagi grans glaceres a prop.
El gel superficial enterrat pot provenir de neu, llac congelat o gel marí, aufeis (gel de riu torçat), i probablement la variant més comuna és el gel glaciar enterrat.
Congelació d’aigües subterrànies
El gel intradiastimal es forma com a resultat de la congelació de les aigües subterrànies. Aquí predomina el gel de segregació, que sorgeix com a resultat de la diferenciació de cristal·lització que es produeix durant la congelació de sediments humits. El procés s’acompanya de la migració de l’aigua al front de congelació.
El gel intradiastimal (constitucional) ha estat àmpliament observat i estudiat a tot el Canadà, i també inclou gel intrusiu i d’injecció. A més, les falques de gel, un tipus independent de gel mòlt, produeixen polígons patrons reconeixibles o polígons de tundra. Les falques de gel es formen en un substrat geològic preexistent. Van ser descrits per primera vegada el 1919.
Cicle del carboni
El cicle de carboni del permafrost s’associa amb la transferència de carboni dels sòls de permafrost a la vegetació terrestre i els microbis, a l’atmosfera, de nou a la vegetació i, finalment, de nou al sòl permafrost per enterrament i sedimentació com a resultat de processos criogènics. Una part d’aquest carboni es transporta a l’oceà i a altres parts del planeta a través del cicle global del carboni. El cicle inclou l’intercanvi de diòxid de carboni i metà entre components terrestres i l’atmosfera, així com la transferència de carboni entre la terra i l’aigua en forma de metà, carboni orgànic dissolt, carboni inorgànic dissolt, partícules de carboni inorgànics i partícules orgàniques de carboni.
La història
El permafrost de l’Àrtic ha estat en decadència durant molts segles. El resultat és el desgel del sòl, que pot ser més feble, i les emissions de metà, que contribueix a un augment de la taxa d’escalfament global com a part del cicle de retroalimentació. Les àrees de distribució del permafrost a la història han estat canviant constantment.
A l’últim màxim glacial, el permafrost continu va cobrir una àrea molt més gran que avui. A Amèrica del Nord, al sud de la làmina de gel de la latitud de Nova Jersey al sud de Iowa i al nord de Missouri, només hi havia un cinturó de permafrost molt estret. Era extensa a les regions més seques de l’oest, on s’estenia fins a la frontera sud d’Idaho i Oregon. A l'hemisferi sud hi ha algunes evidències de l'antic permafrost d'aquest període al centre d'Otago i a la Patagònia argentina, però probablement era intermitent i relacionat amb la tundra. El permafrost alpí també es va produir a Drakensberg durant l'existència de glaceres per sobre dels 3.000 metres (9.840 peus). No obstant això, s'hi estableixen fonaments i fonaments sobre sòls permafrost.
Estructura del sòl
El sòl pot estar format per molts materials de substrats, incloent roca roca, sediments, matèria orgànica, aigua o gel. La terra congelada és la que es troba per sota del punt de congelació de l’aigua, independentment de si hi ha aigua al substrat. No sempre hi ha gel glaçat, com pot ser el cas del llit no porós, però sovint es pot trobar en quantitats superiors a la saturació hidràulica potencial del substrat descongelat.
Com a resultat, les precipitacions augmenten, que al seu torn comporta un debilitament i un possible col·lapse d'edificis en zones com Norilsk, al nord de Rússia, que es troba a la zona de permafrost.
Destrucció de pendents
Durant el segle passat, s’han registrat molts casos de destrucció de vessants alpines a les serralades de tot el món. Es preveu que un gran nombre de danys estructurals estiguin associats amb la fusió del permafrost, que es creu que es produeix a causa del canvi climàtic. Es creu que el desglaç de permafrost va contribuir al despreniment de Val Paul el 1987, que va matar 22 persones als Alps italians. A les serralades, la major part de l’estabilitat estructural es pot associar a les glaceres i al permafrost. A mesura que el clima s’escalfa, el permafrost es descongela, la qual cosa condueix a una estructura de muntanya menys estable i, en definitiva, a un major nombre de destruccions de pendent. Un augment de la temperatura permet profunditats més profundes de la capa activa, cosa que comporta una penetració encara més gran de l’aigua. El gel al sòl es fon, provocant pèrdues de força del sòl, moviment accelerat i possibles corrents de deixalles. Per tant, la construcció de sòls permafrost és extremadament indesitjable.
També es coneix informació sobre caigudes massives de roques i gel (fins a 11, 8 milions de m 3), terratrèmols (fins a 3, 9 milions de m 3), inundacions (fins a 7, 8 milions de m 3 d’ aigua) i el flux ràpid de gel rocós. Això es deu a la "inestabilitat de les pistes" en condicions de permafrost a les terres altes. La inestabilitat de les pendents en el permafrost a temperatures elevades properes al punt de congelació en l'escalfament del permafrost està associada a l'estrès efectiu i a la pressió de l'aigua per porus en aquests sòls.
Desenvolupament permafrost
Jason Kia i els seus coautors van inventar un nou piezòmetre dur sense filtre (FRP) per mesurar la pressió de l'aigua dels porus en sòls parcialment congelats, com l'escalfament del permafrost. Van ampliar l’ús del concepte d’estrès efectiu per a sòls parcialment congelats per utilitzar-los en l’anàlisi de l’estabilitat de les pistes dels vessants d’escalfament del permafrost. L’aplicació del concepte d’estrès efectiu té molts avantatges, per exemple, la capacitat de construir fonaments i fonaments sobre sòls permafrost.
Material orgànic
A la regió circumpolar nord, el permafrost conté 1700 milions de tones de matèria orgànica, que és gairebé la meitat del orgànic. Aquesta conca s’ha creat al llarg dels mil·lennis i s’esfondra lentament a l’Àrtic fred. La quantitat de carboni segrestada en permafrost és quatre vegades la quantitat de carboni alliberat a l’atmosfera com a resultat de l’activitat humana en l’època moderna.
Les conseqüències
La formació de permafrost té conseqüències significatives per als sistemes ecològics, principalment a causa de les restriccions imposades a les zones arrels, i també a causa de les restriccions a la geometria de la barraca i els soterraments per a la fauna que requereix cases subterrànies. Les influències secundàries afecten espècies depenents de plantes i animals el seu hàbitat està limitat pel permafrost. Un dels exemples més habituals és la prevalença d’avet negre en àmplies zones de permafrost, ja que aquesta espècie pot tolerar l’arrelament limitat a la superfície.
De vegades es fan càlculs de sòls permafrost per a l’anàlisi del material orgànic. Un gram de sòl de la capa activa pot contenir més de mil milions de cèl·lules bacterianes. Quan es col·loquen els uns dels altres, els bacteris d’un quilogram de sòl de la capa activa formen una cadena de 1000 km de longitud. El nombre de bacteris del sòl permafrost varia àmpliament, generalment d’1 a 1000 milions per gram de sòl. La majoria d'aquests bacteris i fongs en permafrost no es poden cultivar al laboratori, però es pot detectar la identitat de microorganismes mitjançant mètodes basats en l'ADN.
