Ewig bevrore grond: verspreidingsgebiede, temperatuur, ontwikkelingskenmerke

2024 Outeur: Henry Conors | [email protected]. Laas verander: 2024-02-12 02:56

Uit hierdie artikel sal jy leer oor die kenmerke van permafrost-gronde wat algemeen in permafrost-sones voorkom. In geologie is permafrost land, insluitend klipperige (kriotiese) grond, wat vir twee of meer jaar by 'n vriespunt van 0 °C of laer teenwoordig is. Die meeste van die permafrost is geleë op hoë breedtegrade (in en om die Arktiese en Antarktiese streke), maar byvoorbeeld in die Alpe word dit op hoër hoogtes aangetref.

Grondys is nie altyd teenwoordig nie, soos die geval kan wees met nie-poreuse grondgesteentes, maar dit word dikwels gevind in hoeveelhede wat groter is as die potensiële hidrouliese versadiging van die grondmateriaal. Permafrost maak 0,022% van die totale water op Aarde uit en kom in 24% van oop grond in die Noordelike Halfrond voor. Dit kom ook onder water voor op die kontinentale planke van die kontinente wat die Arktiese Oseaan omring. Volgens een groep wetenskaplikes, 'n globale temperatuurverhoging van 1,5 °C (2,7 °F) bo die huidigevlakke sal genoeg wees om permafrost in Siberië te begin ontdooi.

Studie

In teenstelling met die relatiewe min verslae oor bevrore gronde in Noord-Amerika voor die Tweede Wêreldoorlog, was literatuur oor die ingenieursaspekte van permafrost in Russies beskikbaar. Simon William Muller het begin in 1942 delf in relevante literatuur wat deur die Library of Congress en die Library of the United States Geological Survey gehou is om die regering teen 1943 van 'n ingenieurshandleiding en tegniese verslag oor permafrost te voorsien.

Definisie

Permafrost is grond, rots of sediment wat vir meer as twee agtereenvolgende jare gevries is. In nie-ysbedekte gebiede bestaan hulle onder 'n laag grond, rots of sediment wat elke jaar vries en ontdooi en word die "aktiewe laag" genoem. In die praktyk beteken dit dat permafrost by 'n gemiddelde jaarlikse temperatuur van -2 °C (28,4 °F) of laer voorkom. Die dikte van die aktiewe laag wissel met die seisoen, maar wissel van 0,3 tot 4 meter (vlak langs die Arktiese kus; diep in suidelike Siberië en die Qinghai-Tibetaanse plato).

Aardrykskunde

Wat van die verspreiding van permafrost? Die omvang van permafrost verskil volgens klimaat: vandag in die Noordelike Halfrond word 24% van die ysvrye landoppervlakte – gelykstaande aan 19 miljoen vierkante kilometer – min of meer deur permafros geraak.

Effens meer as die helfte van hierdie gebied is bedek met deurlopende permafrost,ongeveer 20 persent is diskontinue permafrost en net minder as 30 persent is sporadiese permafrost. Die grootste deel van hierdie gebied is in Siberië, Noord-Kanada, Alaska en Groenland geleë. Onder die aktiewe laag word jaarlikse permafrost-temperatuurskommelings kleiner met diepte. Die diepste diepte van permarys vind plaas waar geotermiese hitte temperature bo vriespunt handhaaf. Bokant hierdie limiet kan daar permafrost wees, waarvan die temperatuur nie jaarliks verander nie. Dit is "isotermiese permafrost". Gebiede van permafrostgrond is swak geskik vir aktiewe menselewe.

Klimaat

Permafrost vorm gewoonlik in enige klimaat waar die gemiddelde jaarlikse lugtemperatuur onder die vriespunt van water is. Uitsonderings kan gevind word in nat winterklimaat, soos in Noord-Skandinavië en noordoostelike Rusland wes van die Oeral, waar sneeu as 'n isolerende bedekking dien. Gletsergebiede kan uitsonderings wees. Omdat alle gletsers by hul basis deur geotermiese hitte verhit word, kan gematigde gletsers wat naby hul smeltpunt onder druk is, vloeibare water op die grens met die land hê. Daarom is hulle vry van permafrost. "Fossiele" koue anomalieë in die geotermiese gradiënt in gebiede waar diep permafrost ontwikkel het tydens die Pleistoseen tot etlike honderde meter voortduur. Dit is duidelik uit puttemperatuurmetings in Noord-Amerika en Europa.

Temperatuur ondergronds

Die temperatuur ondergronds wissel gewoonlik van seisoen tot seisoen minder aslug temperatuur. Terselfdertyd is die gemiddelde jaarlikse temperature geneig om met diepte toe te neem as gevolg van die geotermiese gradiënt van die aardkors. As die gemiddelde jaarlikse lugtemperatuur dus net effens onder 0 °C (32 °F) is, sal permafrost slegs op plekke vorm wat beskerm word - gewoonlik aan die noordekant - wat diskontinue permafrost skep. Tipies sal permafrost diskontinu bly in klimate waar die gemiddelde jaarlikse grondoppervlaktemperatuur -5 tot 0°C (23 tot 32°F) is. Die gebiede met nat winters wat hierbo genoem is, het dalk nie eens intermitterende permafrost tot -2 °C (28 °F) nie.

Tipe permafrost

Permafrost word dikwels verder verdeel in uitgebreide diskontinue permafrost, waar permafrost 50 tot 90 persent van die landskap dek en tipies gevind word in gebiede met gemiddelde jaarlikse temperature van -2 tot -4 °C (28 tot 25 °F), en sporadiese permafrost, waar permafrost minder as 50 persent van die landskap dek en tipies voorkom by gemiddelde jaarlikse temperature tussen 0 en -2 °C (32 en 28 °F). In grondkunde is die sporadiese permafrostsone die SPZ, terwyl die uitgebreide diskontinue permafrostsone die afstandwaarnemingsone is. Uitsonderings kom voor in ongeglasuurde Siberië en Alaska, waar die huidige diepte van permafrost 'n oorblyfsel is van klimaatstoestande gedurende die Ystydperk, waar winters 11 °C (20 °F) kouer was as vandag.

Permafrost-temperatuur

Wanneer gemiddelde jaarlikse grondoppervlaktemperature onder -5 °C (23 °F) is, is die invloed van die aspekkan nooit genoeg wees om die permafrost te ontdooi en 'n aaneenlopende permafrost zone (CPZ vir kort) te vorm. Die lyn van aaneenlopende permafrost in die Noordelike Halfrond verteenwoordig die mees suidelike grens waar die land deur aaneenlopende permafrost of gletserys bedek is.

Om ooglopende redes is ontwerp op permafrost 'n uiters moeilike taak. Die aaneenlopende permafrost-lyn is besig om noord of suid regoor die wêreld te verander as gevolg van plaaslike klimaatsverandering. In die suidelike halfrond sou die meeste van die ekwivalente lyn in die Suidelike Oseaan wees as daar land was. Die grootste deel van die Antarktiese vasteland word deur gletsers bedek, waaronder die meeste van die terrein onderhewig is aan smelt in die grond. Die blootgestelde land van Antarktika is grotendeels permafrost.

Alpe

Beramings van die totale oppervlakte van die permafrost-sone in die Alpe verskil baie. Bockheim en Munro het die drie bronne gekombineer en tabelberamings volgens streek gemaak (totaal 3 560 000 km2).

Alpiene permafrost in die Andes was nie op die kaart nie. Die omvang in hierdie geval word gemodelleer om die hoeveelheid water in hierdie gebiede te skat. In 2009 het 'n Alaskan-navorser permafrost op 4 700 m (15 400 voet) op Afrika se hoogste piek, berg Kilimanjaro, sowat 3° noord van die ewenaar, ontdek. Grondslae op permafrostgronde in hierdie breedtegrade is nie ongewoon nie.

Bevrore see en bevrore bodem

Mariene permafrost kom onder die seebodem voor en bestaan op pool-kontinentale rakkestreke. Hierdie gebiede het gedurende die laaste ystydperk gevorm, toe die meeste van die aarde se water in ysplate op land opgesluit was en seevlakke laag was. Soos die ysplate gesmelt het en weer seewater geword het, het die permarys onder betreklik warm en sout grenstoestande onder betreklik warm en sout randtoestande onder water geraak in vergelyking met die permarys aan die oppervlak. Daarom bestaan onderwater permafrost onder toestande wat lei tot die vermindering daarvan. Volgens Osterkamp is ondersese permafrost 'n faktor in “die ontwerp, konstruksie en bedryf van kusfasiliteite, seebodemstrukture, kunsmatige eilande, ondersese pypleidings en putte wat vir eksplorasie en produksie geboor word.

Permafrost strek tot in die dieptes van die basis, waar geotermiese hitte van die Aarde en die gemiddelde jaarlikse oppervlaktemperatuur 'n ewewigstemperatuur van 0 °C bereik. Die diepte van die permafrostbasis bereik 1 493 meter (4 898 voet) in die noordelike kom van die Lena- en Yana-riviere in Siberië. Die geotermiese gradiënt is die tempo van toename in temperatuur relatief tot die toename in diepte in die Aarde se binneland. Ver van die grense van die tektoniese plaat af is dit in die meeste lande van die wêreld ongeveer 25-30 °C/km naby die oppervlak. Dit wissel met die termiese geleidingsvermoë van die geologiese materiaal en is minder vir permafrost in grond as in grondrots.

Ys in die grond

Wanneer die ysinhoud van permafrost 250 persent oorskry (van ysmassa tot droë grond), word dit geklassifiseer asmassiewe ys. Massiewe ysliggame kan in samestelling wissel van ysige modder tot suiwer ys. Massiewe yslae het 'n minimum dikte van minstens 2 meter, 'n kort deursnee van minstens 10 meter. Die eerste aangetekende waarnemings in Noord-Amerika is in 1919 deur Europese wetenskaplikes op die Canning-rivier in Alaska gemaak. Russiese literatuur gee 'n vroeëre datum van 1735 en 1739 tydens die Groot Noordelike Ekspedisie van onderskeidelik P. Lassinius en Kh. P. Laptev. Die twee kategorieë massiewe grondys is begrawe oppervlak-ys en sogenaamde "intra-skuur-ys". Die skepping van enige fondamente op permafrost vereis dat daar geen groot gletsers naby is nie.

Begrawe oppervlak-ys kan kom van sneeu, bevrore meer of see-ys, aufeis (gerolde rivierys) en waarskynlik die mees algemene variant is begrawe gletserys.

Grondwater vries

Intradiestimale ys word gevorm as gevolg van bevriesing van grondwater. Hier heers segregasie-ys, wat plaasvind as gevolg van kristallisasie-differensiasie wat tydens die bevriesing van nat neerslag plaasvind. Die proses gaan gepaard met watermigrasie na die vriesfront.

Intradiestimale (grondwetlike) ys is wyd waargeneem en bestudeer deur Kanada en sluit ook indringende en inspuitende ys in. Boonop produseer yswiggies, 'n afsonderlike soort grondys, herkenbare patroonveelhoeke of toendrapoligone. Yswiggies vorm in 'n voorafbestaande geologiesesubstraat. Hulle is die eerste keer in 1919 beskryf.

Koolstofsiklus

Die permafrost-koolstofsiklus is gemoeid met die oordrag van koolstof vanaf permafrostgronde na terrestriële plantegroei en mikrobes, na die atmosfeer, terug na plantegroei, en uiteindelik terug na die permafrostgrond deur begrawe en neerslag deur kriogene prosesse. Sommige van hierdie koolstof word deur die globale koolstofsiklus na die see en ander dele van die aardbol oorgedra. Die kringloop sluit die uitruiling van koolstofdioksied en metaan tussen aardse komponente en die atmosfeer in, en die vervoer van koolstof tussen land en water in die vorm van metaan, opgeloste organiese koolstof, opgeloste anorganiese koolstof, anorganiese koolstofdeeltjies en organiese koolstofdeeltjies.

Geskiedenis

Die permafrost van die Arktiese gebied het deur die eeue gekrimp. Die gevolg hiervan is die ontdooiing van die grond, wat swakker kan wees, en die vrystelling van metaan, wat bydra tot 'n toename in die tempo van aardverwarming in 'n terugvoerlus. Die verspreidingsgebiede van permafrostgronde het voortdurend verander in die geskiedenis.

By die laaste gletsermaksimum het deurlopende permafrost 'n baie groter gebied as vandag bedek. In Noord-Amerika het slegs 'n baie nou gordel van permafrost bestaan suid van die New Jersey-breedtegraad-yskap in suidelike Iowa en noordelike Missouri. Dit was uitgestrek in die droër westelike streke, waar dit uitgebrei het tot by die suidelike grens van Idaho en Oregon. In die suidelike halfrond is daar bewyse van 'n voormalige ewigepermafrost van hierdie tydperk in sentraal-Otago en in Argentynse Patagonië, maar dit was waarskynlik diskontinu en geassosieer met die toendra. Alpynse permafrost het ook in die Drakensberge voorgekom tydens die bestaan van gletsers bo 3 000 meter (9 840 voet). Nietemin word fondamente en fondamente op permafrost selfs daar gevestig.

Grondstruktuur

Grond kan saamgestel word uit baie substraatmateriale, insluitend rots, sediment, organiese materiaal, water of ys. Bevrore grond is enigiets onder die vriespunt van water, of water in die substraat teenwoordig is of nie. Grondys is nie altyd teenwoordig nie, soos die geval kan wees vir nie-poreuse grondgesteentes, maar dit is algemeen en kan teenwoordig wees in hoeveelhede wat groter is as die potensiële hidrouliese versadiging van die ontdooide substraat.

Gevolglik neem reënval toe, wat op sy beurt besig is om te verswak en geboue moontlik ineenstort in gebiede soos Norilsk in die noorde van Rusland, wat in die permafrost-sone lê.

Huinstorting

Oor die afgelope eeu was daar baie gevalle van alpiene-hellingsversaking in bergreekse regoor die wêreld aangemeld.’n Groot hoeveelheid strukturele skade sal na verwagting geassosieer word met smeltende permafrost, wat glo deur klimaatsverandering veroorsaak word. Smeltende permafrost het glo bygedra tot die 1987 Val Pola-grondverskuiwing wat 22 mense in die Italiaanse Alpe doodgemaak het. Groot in bergreeksedeel van die strukturele stabiliteit kan te wyte wees aan gletsers en permafrost. Soos die klimaat warmer word, ontdooi permafrost, wat lei tot minder stabiele bergstruktuur en uiteindelik meer hellingsversaking. Die verhoging van die temperatuur laat dieper dieptes van die aktiewe laag toe, wat selfs meer waterpenetrasie meebring. Die ys in die grond smelt, wat verlies aan grondsterkte, versnelde beweging en potensiële puinvloei veroorsaak. Daarom is konstruksie op permafrost hoogs ongewens.

Daar is ook inligting oor massiewe val van rotse en ys (tot 11,8 miljoen m³), aardbewings (tot 3,9 miljoen myl), vloede (tot 7, 8 miljoen m³ water) en die vinnige vloei van rotsagtige ys. Dit word veroorsaak deur “hellingsonstabiliteit” in permafrosttoestande in die hooglande. Hellingsonstabiliteit in permarys by verhoogde temperature naby vriespunt in warmende permarys word geassosieer met effektiewe stres en verhoogde porieë waterdruk in hierdie gronde.

Ontwikkeling van permafrostgrond

Jason Kea en mede-outeurs het 'n nuwe filterlose rigiede piësometer (FRP) uitgevind om poriewaterdruk in gedeeltelik bevrore grond soos verhitting van permafrost te meet. Hulle het die gebruik van die konsep van effektiewe stres uitgebrei na gedeeltelik bevrore gronde vir gebruik in hellingsstabiliteitsanalise van warm permafrosthellings. Die toepassing van die konsep van effektiewe stres hou baie voordele in, byvoorbeeld die vermoë om basisse en fondamente op te boupermafrostgronde.

Organies

In die noordelike sirkumpolêre gebied bevat permafrost 1 700 miljard ton organiese materiaal, byna die helfte van alle organiese materiaal. Hierdie kom is oor millennia geskep en word stadig in die koue toestande van die Arktiese gebied vernietig. Die hoeveelheid koolstof wat in permafrost gesekwestreer word, is vier keer die hoeveelheid koolstof wat in die moderne tyd deur menslike aktiwiteit in die atmosfeer vrygestel word.

Gevolge

Die vorming van permafrost het beduidende implikasies vir ekologiese stelsels, hoofsaaklik as gevolg van beperkings wat op wortelsones geplaas word, sowel as beperkings op die geometrie van holtes en gate vir fauna wat ondergrondse huise benodig. Sekondêre impakte raak spesies wat afhanklik is van plante en diere wie se habitat deur permafrost beperk word. Een van die mees algemene voorbeelde is die voorkoms van swartspar in uitgestrekte gebiede van permafrost, aangesien hierdie spesie vestiging wat naby die oppervlak beperk is, kan verdra.

Berekeninge van permafrostgronde word soms gemaak vir die ontleding van organiese materiaal. Een gram grond uit 'n aktiewe laag kan meer as een biljoen bakteriese selle bevat. Wanneer dit langs mekaar geplaas word, vorm bakterieë van een kilogram grond van die aktiewe laag 'n ketting van 1000 km lank. Die aantal bakterieë in permafrostgrond wissel baie, tipies tussen 1 en 1000 miljoen per gram grond. Die meeste hiervanbakterieë en swamme in permafrostgrond kan nie in die laboratorium gekweek word nie, maar die identiteit van mikroörganismes kan met DNS-gebaseerde metodes bekend gemaak word.

Die Arktiese streek en aardverwarming

Die Arktiese streek is een van die natuurlike bronne van metaankweekhuisgasse. Aardverwarming versnel die vrystelling daarvan. 'n Groot hoeveelheid metaan word in die Arktiese gebied gestoor in aardgasneerslae, permafrost en in die vorm van onderwaterklatrate. Ander bronne van metaan sluit in ondersese taliks, riviervervoer, yskompleks-toevlugsoord, ondersese permafrost en verrottende gashidraatneerslae. Voorlopige rekenaarontleding dui daarop dat permafrost koolstof gelykstaande aan sowat 15 persent van vandag se vrystellings van menslike aktiwiteite kan produseer. Verhitting en ontdooiing van grondmassiewe maak bou op permafrost selfs gevaarliker.