Abadiy muzlatilgan tuproqlar: tarqalish joylari, harorat, rivojlanish xususiyatlari

2024 Muallif: Henry Conors | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-02-12 14:17

Ushbu maqoladan siz abadiy muzlik zonalarida keng tarqalgan permafrost tuproqlarining xususiyatlari haqida bilib olasiz. Geologiyada abadiy muzlik ikki yoki undan ortiq yil davomida 0 °C yoki undan past muzlash haroratida mavjud bo'lgan toshli (kriotik) tuproqni o'z ichiga olgan quruqlikdir. Abadiy muzlikning katta qismi yuqori kengliklarda (Arktika va Antarktika mintaqalarida va uning atrofida) joylashgan, lekin, masalan, Alp tog'larida u balandroq balandliklarda joylashgan.

Guzali muz har doim ham mavjud emas, g'ovak bo'lmagan tog 'jinslarida bo'lishi mumkin, lekin u ko'pincha tuproq materialining potentsial gidravlik to'yinganligidan ortiq miqdorda topiladi. Permafrost Yerdagi umumiy suvning 0,022% ni tashkil qiladi va Shimoliy yarimsharda ochiq quruqlikning 24% da mavjud. U Shimoliy Muz okeanini o'rab turgan qit'alarning kontinental shelflarida suv ostida ham uchraydi. Bir guruh olimlarning fikriga ko'ra, global harorat hozirgi haroratdan 1,5 ° C (2,7 ° F) ga oshadi.darajasi Sibirda abadiy muzliklarni eritishni boshlash uchun yetarli bo'ladi.

Oʻqish

Ikkinchi jahon urushigacha Shimoliy Amerikadagi muzlatilgan tuproqlar haqidagi hisobotlarning nisbiy kamligidan farqli oʻlaroq, abadiy muzlikning muhandislik jihatlari boʻyicha adabiyotlar rus tilida mavjud edi. 1942 yildan boshlab Saymon Uilyam Myuller hukumatga 1943 yilgacha abadiy muzlik bo'yicha muhandislik qo'llanmasi va texnik hisobotni taqdim etish uchun Kongress kutubxonasi va Qo'shma Shtatlar Geologiya xizmati kutubxonasi tomonidan saqlanadigan tegishli adabiyotlarni o'rgandi.

Tanrif

Permafrost - bu ketma-ket ikki yildan ortiq muzlagan tuproq, tosh yoki cho'kindi. Muz bilan qoplanmagan joylarda ular har yili muzlab, eriydigan tuproq, tosh yoki cho'kindi qatlami ostida mavjud bo'lib, "faol qatlam" deb ataladi. Amalda, bu abadiy muzlik o'rtacha yillik haroratda -2 °C (28,4 °F) yoki undan pastroq bo'lishini anglatadi. Faol qatlamning qalinligi mavsumga qarab o'zgarib turadi, lekin 0,3 dan 4 metrgacha (Arktika qirg'oqlari bo'ylab sayoz; janubiy Sibir va Tsinxay-Tibet platosida chuqurlikda).

Geografiya

Parmafrostning tarqalishi haqida nima deyish mumkin? Abadiy muzlik darajasi iqlimga qarab farq qiladi: bugungi kunda Shimoliy yarim sharda muzdan xoli quruqlikning 24% - 19 million kvadrat kilometrga teng - ko'p yoki kamroq abadiy muzlik ta'sirida.

Ushbu hududning yarmidan sal koʻpi doimiy muzlik bilan qoplangan,taxminan 20 foizi uzluksiz permafrost va 30 foizdan ozrog'i sporadik abadiy muzlikdir. Bu hududning katta qismi Sibir, Shimoliy Kanada, Alyaska va Grenlandiyada joylashgan. Faol qatlam ostida yillik permafrost haroratining o'zgarishi chuqurlik bilan kichiklashadi. Permafrostning eng chuqur chuqurligi geotermal issiqlik muzlashdan yuqori haroratni saqlaydigan joyda sodir bo'ladi. Ushbu chegaradan yuqori harorat har yili o'zgarmaydigan abadiy muzlik bo'lishi mumkin. Bu "izotermik permafrost". Abadiy muzli tuproqlar insonning faol hayoti uchun juda mos emas.

Iqlim

Permafrost odatda oʻrtacha yillik havo harorati suvning muzlash nuqtasidan past boʻlgan har qanday iqlimda hosil boʻladi. Istisnolar qishki nam iqlim sharoitida, masalan, Shimoliy Skandinaviya va Rossiyaning shimoli-sharqiy qismida, Uralning g'arbiy qismida joylashgan bo'lib, qor izolyatsion qoplama vazifasini bajaradi. Muzlik hududlari bundan mustasno bo'lishi mumkin. Barcha muzliklar geotermal issiqlik ta'sirida o'z asoslarida isitilishi sababli, bosim ostida erish nuqtasiga yaqin bo'lgan mo''tadil muzliklar quruqlik bilan chegarada suyuq suvga ega bo'lishi mumkin. Shuning uchun ular abadiy muzlikdan xoli. Pleystotsen davrida chuqur permafrost hosil bo'lgan hududlarda geotermal gradientdagi "fosil" sovuq anomaliyalari bir necha yuz metrgacha davom etadi. Bu Shimoliy Amerika va Yevropadagi quduqlardagi harorat o‘lchovlaridan ko‘rinib turibdi.

Yer ostidagi harorat

Odatda, er ostidagi harorat fasldan mavsumga o'zgarib turadihavo harorati. Shu bilan birga, er qobig'ining geotermik gradienti natijasida o'rtacha yillik harorat chuqurlik bilan ortib boradi. Shunday qilib, agar havoning o'rtacha yillik harorati 0 ° C (32 ° F) dan biroz pastroq bo'lsa, abadiy muzlik faqat himoyalangan joylarda - odatda shimoliy tomonda - uzluksiz abadiy muzlik hosil qiladi. Odatda, tuproq yuzasining o'rtacha yillik harorati -5 dan 0 ° C gacha (23 dan 32 ° F gacha) bo'lgan iqlim sharoitida doimiy muzlik uzluksiz bo'lib qoladi. Yuqorida aytib o'tilgan nam qishli hududlarda -2 °C (28 °F) gacha bo'lgan vaqti-vaqti bilan doimiy muzlik bo'lmasligi mumkin.

Parmafrost turlari

Permafrost odatda keng tarqalgan uzluksiz permafrostga bo'linadi, bu erda abadiy muzliklar landshaftning 50-90 foizini qoplaydi va odatda yillik o'rtacha harorat -2 dan -4 °C (28 dan 25 °F) gacha bo'lgan hududlarda joylashgan., va permafrost landshaftning 50% dan kamroq qismini qoplagan va odatda 0 dan -2 °C (32 va 28 °F) gacha bo'lgan o'rtacha yillik haroratlarda paydo bo'ladigan sporadik permafrost. Tuproqshunoslikda sporadik permafrost zonasi SPZ, keng tarqalgan uzilishli abadiy muz zonasi esa masofadan zondlash zonasi hisoblanadi. Istisnolar sirlanmagan Sibir va Alyaskada sodir bo'ladi, bu erda doimiy muzlikning hozirgi chuqurligi muzlik davridagi iqlim sharoitlarining qoldiqlari bo'lib, qishlari bugungidan 11 °C (20 °F) sovuqroq bo'lgan.

Permafrost harorati

Tuproqning oʻrtacha yillik harorati -5 °C (23 °F) dan past boʻlganda, aspektning taʼsiripermafrostni eritish va doimiy muzlik zonasini (qisqacha CPZ) hosil qilish uchun hech qachon etarli bo'lishi mumkin emas. Shimoliy yarim shardagi doimiy muzlik chizigʻi eng janubiy chegarani ifodalaydi, bu yerda quruqlik doimiy abadiy muzlik yoki muzlik muzlari bilan qoplangan.

Ma'lum sabablarga ko'ra, abadiy muzlik ustida loyihalash juda qiyin ish. Doimiy permafrost chizig'i mintaqaviy iqlim o'zgarishi sababli butun dunyo bo'ylab shimolga yoki janubga o'zgarib bormoqda. Janubiy yarimsharda, agar quruqlik bo'lsa, ekvivalent chiziqning katta qismi Janubiy okeanda bo'lar edi. Antarktika qit'asining ko'p qismini muzliklar egallagan bo'lib, ular ostida erning katta qismi er ostida erishadi. Antarktidaning ochiq erlari asosan abadiy muzlikdan iborat.

Alps

Alp tog'laridagi abadiy muzlik zonasining umumiy maydonining hisob-kitoblari juda farq qiladi. Bokxaym va Munro uchta manbani birlashtirib, mintaqalar bo‘yicha jadvalli hisob-kitoblarni tuzdilar (jami 3 560 000 km2).

And togʻlaridagi Alp togʻlarining abadiy muzligi xaritada yoʻq edi. Bu holatda ko'lami ushbu hududlardagi suv miqdorini baholash uchun modellashtirilgan. 2009 yilda Alyaskalik tadqiqotchi Afrikaning eng baland cho'qqisi, ekvatordan taxminan 3° shimolda joylashgan Kilimanjaro tog'ida 4700 m (15400 fut) balandlikda abadiy muzliklarni topdi. Bu kengliklarda abadiy muzli tuproqlarda poydevor qurish kamdan-kam uchraydi.

Muzlagan dengizlar va muzlagan tublar

Dengiz permafrosti dengiz tubida va qutbli kontinental shelflarda mavjudhududlar. Bu hududlar so'nggi muzlik davrida, Yerdagi suvning katta qismi quruqlikdagi muz qatlamlari bilan qoplangan va dengiz sathi past bo'lgan paytda paydo bo'lgan. Muz qatlamlari erishi va yana dengiz suviga aylanganligi sababli, abadiy muz sirtdagi abadiy muz bilan solishtirganda nisbatan issiq va sho'r chegara sharoitida suv ostidagi tokchalarga aylandi. Shuning uchun suv ostidagi abadiy muzliklar uning qisqarishiga olib keladigan sharoitlarda mavjud. Osterkampga ko'ra, dengiz osti permafrost dengiz osti inshootlari, sun'iy orollar, dengiz osti quvurlari va qidiruv va qazib olish uchun burg'ulangan quduqlarni loyihalash, qurish va ishlatishda omil hisoblanadi.

Permafrost yerning geotermal issiqligi va o'rtacha yillik sirt harorati muvozanat harorati 0 °C ga yetadigan bazaning chuqurliklarigacha cho'ziladi. Abadiy muzlik bazasining chuqurligi Sibirdagi Lena va Yana daryolarining shimoliy havzalarida 1493 metr (4898 fut) ga etadi. Geotermal gradient - bu Yerning ichki qismidagi chuqurlikning oshishiga nisbatan haroratning ko'tarilish tezligi. Tektonik plastinka chegaralaridan uzoqda, dunyoning aksariyat mamlakatlarida er yuzasiga yaqin taxminan 25-30 °C/km. U geologik materialning issiqlik o'tkazuvchanligiga qarab o'zgaradi va tuproqdagi abadiy muzlik uchun asosiy jinslarga qaraganda kamroq.

Tuproqdagi muz

Parmafrostning muz miqdori 250 foizdan oshsa (muz massasidan quruq tuproqgacha), u shunday tasniflanadikatta muz. Massiv muz jismlarining tarkibi muzli loydan toza muzgacha bo'lishi mumkin. Massiv muz qatlamlarining qalinligi kamida 2 metr, qisqa diametri kamida 10 metr. Shimoliy Amerikadagi birinchi kuzatuvlar 1919 yilda Alyaskadagi Konning daryosida yevropalik olimlar tomonidan qayd etilgan. Rus adabiyoti P. Lassinius va X. P. Laptevning Buyuk Shimoliy ekspeditsiyasi davrida 1735 va 1739 yillardan oldingi sanani ko'rsatadi. Massiv er muzlarining ikki toifasi ko'milgan sirt muzlari va "to'g'on ichidagi muz" deb ataladi. Permafrostda har qanday poydevor yaratish uchun yaqin atrofda katta muzliklar bo'lmasligi kerak.

Koʻmilgan sirt muzlari qor, muzlatilgan koʻl yoki dengiz muzidan, aufeisdan (daryo muzidan) kelib chiqishi mumkin va ehtimol eng keng tarqalgan variant koʻmilgan muzlik muzidir.

Er osti suvlarining muzlashi

Intradiestimal muz er osti suvlarining muzlashi natijasida hosil bo'ladi. Bu erda ho'l yog'ingarchilikning muzlashi paytida yuzaga keladigan kristallanish differentsiatsiyasi natijasida yuzaga keladigan segregatsiya muzi ustunlik qiladi. Jarayon suvning muzlash jabhasiga o'tishi bilan birga keladi.

Intradiestimal (konstitutsiyaviy) muz butun Kanadada keng tarqalgan bo'lib kuzatilgan va o'rganilgan, shuningdek, intruziv va in'ektsiya muzlarini ham o'z ichiga oladi. Bundan tashqari, muz takozlari, tuproq muzining alohida turi, taniqli naqshli ko'pburchaklar yoki tundra poligonlarini hosil qiladi. Muz takozlari oldindan mavjud bo'lgan geologikda hosil bo'ladisubstrat. Ular birinchi marta 1919 yilda tasvirlangan.

Uglerod aylanishi

Permafrost uglerod aylanishi abadiy muzlik tuproqlaridan uglerodning quruqlik o'simliklari va mikroblariga, atmosferaga, o'simliklarga qaytishi va nihoyat, ko'milish va yog'ingarchilik orqali kriogen jarayonlar orqali abadiy muz tuproqqa o'tishi bilan bog'liq. Ushbu uglerodning bir qismi global uglerod aylanishi orqali okeanga va dunyoning boshqa qismlariga o'tkaziladi. Tsikl yerdagi komponentlar va atmosfera oʻrtasida karbonat angidrid va metan almashinuvini, uglerodning quruqlik va suv oʻrtasida metan, erigan organik uglerod, erigan noorganik uglerod, noorganik uglerod zarralari va organik uglerod zarralari koʻrinishida tashilishini oʻz ichiga oladi..

Tarix

Arktikaning abadiy muzligi asrlar davomida qisqarib bormoqda. Buning oqibati zaifroq bo'lishi mumkin bo'lgan tuproqning erishi va teskari aloqa zanjirida global isish tezligining oshishiga yordam beradigan metanning chiqishi. Abadiy muzlik tuproqlarining tarqalish joylari tarixda doimiy ravishda oʻzgarib borgan.

Oxirgi muzlik maksimalida doimiy permafrost hozirgidan ancha katta maydonni egallagan. Shimoliy Amerikada faqat Ayova shtatining janubida va Missurining shimolidagi Nyu-Jersi kengliklarida muz qatlamidan janubda juda tor abadiy muzlik zonasi mavjud edi. Bu quruqroq g'arbiy mintaqalarda keng tarqalgan bo'lib, u Aydaho va Oregonning janubiy chegarasigacha cho'zilgan. Janubiy yarimsharda avvalgi abadiylikning ba'zi dalillari mavjudmarkaziy Otago va Argentina Patagonia bu davr permafrost, lekin u, ehtimol, uzluksiz va tundra bilan bog'liq edi. Alp tog'larining abadiy muzligi Drakensbergda 3000 metrdan (9,840 fut) yuqori muzliklar mavjud bo'lganda ham paydo bo'lgan. Shunday bo'lsa-da, hatto u erda ham abadiy muzlik poydevori va poydevori qurilmoqda.

Tuproq tuzilishi

Tuproq koʻplab substrat materiallaridan, jumladan, togʻ jinsi, choʻkindi, organik moddalar, suv yoki muzdan iborat boʻlishi mumkin. Muzlatilgan er - suvning muzlash nuqtasidan past bo'lgan har qanday narsa, substratda suv bor yoki yo'q. Tuproqli muz har doim ham mavjud emas, g'ovak bo'lmagan tog' jinslarida bo'lishi mumkin, lekin u tez-tez uchraydi va eritilgan substratning potentsial gidravlik to'yinganligidan ortiq miqdorda bo'lishi mumkin.

Natijada yogʻingarchilik ortib bormoqda, bu esa oʻz navbatida Rossiya shimolidagi Norilsk kabi abadiy muzlik zonasida joylashgan hududlarda binolarni zaiflashtirib, qulashi mumkin.

Qiyalikning tushishi

Oʻtgan asr davomida butun dunyo boʻylab togʻ tizmalarida alp yonbagʻirlarining buzilishi holatlari koʻp boʻlgan. Iqlim o‘zgarishi sabab bo‘lgan deb hisoblangan permafrostning erishi bilan bog‘liq katta miqdordagi strukturaviy zarar kutilmoqda. Permafrostning erishi 1987 yilda Italiya Alp tog'larida 22 kishining hayotiga zomin bo'lgan Val Pola ko'chkisiga hissa qo'shgan deb ishoniladi. Tog' tizmalarida kattastrukturaviy barqarorlikning bir qismi muzliklar va abadiy muzliklar tufayli bo'lishi mumkin. Iqlim isishi bilan abadiy muz eriydi, bu esa tog'larning barqarorligining pasayishiga va oxir-oqibat qiyaliklarning buzilishiga olib keladi. Haroratning ko'tarilishi faol qatlamning chuqurroq chuqurlashishiga imkon beradi, bu esa suvning yanada ko'proq kirib borishiga olib keladi. Tuproqdagi muzlar erib, tuproqning mustahkamligini yo'qotadi, harakatni tezlashtiradi va potentsial chiqindilar oqimini keltirib chiqaradi. Shuning uchun, abadiy muzlik ustida qurilish juda istalmagan.

Toshlar va muzlarning katta qulashi (11,8 million m³), zilzilalar (3,9 million milyagacha), toshqinlar (7, gacha) haqida ham ma'lumotlar mavjud. 8 million m³ suv) va toshli muzning tez oqimi. Bunga baland tog'lardagi abadiy muzlik sharoitida "qiyalik beqarorligi" sabab bo'ladi. Abadiy muzlikdagi qiyaliklarning beqarorligi muzlashgacha bo'lgan yuqori haroratlarda bu tuproqlarda samarali stress va g'ovak suv bosimining oshishi bilan bog'liq.

Permafrost tuproqlarining rivojlanishi

Jeyson Kea va hammualliflar doimiy muzlik isishi kabi qisman muzlatilgan tuproqlarda suv bosimini o'lchash uchun yangi filtrsiz qattiq piezometrni (FRP) ixtiro qildilar. Ular samarali stress kontseptsiyasidan foydalanishni qisman muzlatilgan tuproqlarda doimiy muzlik yonbag'irlarining isishining nishab barqarorligini tahlil qilishda qo'llash uchun kengaytirdilar. Samarali stress kontseptsiyasini qo'llash juda ko'p afzalliklarga ega, masalan, asoslar va poydevorlarni qurish qobiliyatiabadiy muzli tuproqlar.

Organik

Shimoliy qutbli mintaqada abadiy muzlik 1700 milliard tonna organik moddalarni o'z ichiga oladi, bu barcha organik moddalarning deyarli yarmi. Bu havza ming yillar davomida yaratilgan va Arktikaning sovuq sharoitida asta-sekin yo'q qilinmoqda. Permafrostda ajraladigan uglerod miqdori zamonaviy davrda inson faoliyati natijasida atmosferaga chiqarilgan uglerod miqdoridan to‘rt baravar ko‘p.

Natijalar

Parmafrostning shakllanishi, birinchi navbatda, ildiz zonalariga qo'yilgan cheklovlar, shuningdek, er osti uylarini talab qiladigan fauna uchun chuqurchalar va chuqurchalar geometriyasidagi cheklovlar tufayli ekologik tizimlar uchun muhim ta'sir ko'rsatadi. Ikkilamchi ta'sirlar yashash joylari abadiy muzlik bilan cheklangan o'simliklar va hayvonlarga bog'liq turlarga ta'sir qiladi. Eng keng tarqalgan misollardan biri qora archalarning abadiy muzliklarning keng hududlarida tarqalishidir, chunki bu tur yer yuzasida cheklangan o'simliklarga bardosh bera oladi.

Ba'zan organik moddalarni tahlil qilish uchun doimiy muzli tuproqlarni hisoblash amalga oshiriladi. Faol qatlamdagi bir gramm tuproqda bir milliarddan ortiq bakteriya hujayralari bo'lishi mumkin. Bir-biri bo'ylab joylashtirilganda, faol qatlamning bir kilogramm tuprog'idan bakteriyalar 1000 km uzunlikdagi zanjir hosil qiladi. Abadiy muzli tuproqdagi bakteriyalar soni juda katta farq qiladi, odatda har gramm tuproq uchun 1 milliondan 1000 milliongacha. Bularning aksariyatiAbadiy muzli tuproqdagi bakteriyalar va zamburug‘larni laboratoriyada yetishtirib bo‘lmaydi, ammo mikroorganizmlarning kimligini DNKga asoslangan usullar yordamida aniqlash mumkin.

Arktika mintaqasi va global isish

Arktika mintaqasi metan issiqxona gazlarining tabiiy manbalaridan biridir. Global isish uning tarqalishini tezlashtirmoqda. Arktikada katta miqdordagi metan tabiiy gaz konlarida, abadiy muzliklarda va suv osti klatratlari shaklida saqlanadi. Metanning boshqa manbalariga suv osti taliklari, daryo transporti, muz kompleksining chekinishi, suv osti permafrosti va chirigan gaz gidrat konlari kiradi. Dastlabki kompyuter tahlillari shuni ko'rsatadiki, permafrost bugungi kunda inson faoliyati natijasida emissiyaning taxminan 15 foiziga teng uglerod ishlab chiqarishi mumkin. Tuproq massivlarining isishi va erishi abadiy muzlik ustida qurilishni yanada xavfli qiladi.