Что такое вечная мерзлота?

Вечная мерзлота (многолетняя мерзлота) – это мерзлый грунт, который может включать в себя песок, почву или камни, и который остается замерзшим не менее двух лет подряд. Она может находиться как на суше, так и под океаном. Некоторые виды вечной мерзлоты промерзают сотни и даже тысячи лет, но они отличаются от грунта, который замерзает зимой и оттаивает летом. Вечная мерзлота остается замороженной в течение сезонных изменений.

Вечная мерзлота может быть глубиной в несколько метров или гораздо глубже. В некоторых местах глубина вечной мерзлоты превышает 1,5 километра. Она покрывает огромные территории, например всю арктическую тундру, но может встречаться и в небольших, специфических местах, например на подветренной стороне горы или горной вершине.

В Северном полушарии, где площадь суши больше, около четверти земли покрыто вечной мерзлотой. Она находится во многих местах, где ее можно ожидать найти, например в Канаде, Гренландии, северных районах Сибири, а также под дном Северного Ледовитого океана. Почти 85% территории Аляски находится в состоянии постоянного замерзания. Но вы также найдете вечную мерзлоту на больших высотах в местах, которые вы не ожидали увидеть, например на вершинах гор в Скалистых горах и Тибете. В Южном полушарии она встречается в Андах и в Южных Альпах Новой Зеландии. (1, 2)

Определение вечной мерзлоты

Вечная мерзлота – это верхний слой земной коры, температура которого на протяжении более двух лет (и до нескольких тысячелетий) не поднимается выше 0°C. Глубина промерзания грунта может достигать 500 метров, а в горных районах – до 1500 метров. Вечная мерзлота характерна для северных регионов Евразии и Северной Америки, а также для Антарктиды. Она занимает около 25% площади всей суши на Земле. Хотя термин «вечная мерзлота» предполагает, что она неизменна, на самом деле она подвержена изменениям из-за глобального потепления.

Вечная мерзлота может находиться под слоями льда, так что слой вечной мерзлоты начинается там, где заканчивается лед, но она также может находиться под тем, что ученые называют «активным слоем». Это слой почвы, песка, камней или их смеси, которые могут замерзать и оттаивать сезонно или ежемесячно в зависимости от погодных условий, таких как дождь или солнечный день. В случае активного слоя, чтобы найти вечную мерзлоту под ним, вам придется опуститься на глубину около полуметра или больше.

Это означает, что есть районы, где вечная мерзлота существует прямо на поверхности, под активным слоем или под слоями льда или снега, которые могут меняться в течение года (часть года вечная мерзлота может находиться под снегом, а часть года – обнажаться). Эти изменения могут быть сезонными, зависеть от погоды, геотермических воздействий и других факторов.

Обычно вечная мерзлота встречается только в тех местах, где среднегодовая температура воздуха низкая – на уровне или ниже точки замерзания воды – 0°C. Но, опять же, уникальные местные и исторические условия могут означать, что вечная мерзлота может быть обнаружена в местах, где средняя температура выше.

Сплошная вечная мерзлота

Когда средняя температура почвы составляет -5°C, это достаточно холодно, чтобы земля оставалась постоянно замерзшей. Если замерзло 90–100% почвы, это называется сплошной вечной мерзлотой. В Северном полушарии существует линия сплошной вечной мерзлоты, которая представляет собой самые южные точки, где земля покрыта вечной мерзлотой (или ледниковым льдом). Аналога в Южном полушарии нет, потому что территория, где проходила бы эта линия, находится под океаном. (3)

Прерывистая вечная мерзлота

Прерывистая вечная мерзлота возникает, когда 50–90% грунта остается замерзшим. Это происходит, когда грунт остается холодным, но температура воздуха подвержена сезонным колебаниям. В таких районах некоторые слои почвы тают летом, в то время как другие, затененные или защищенные участки, могут оставаться замерзшими. (3)

Спорадическая вечная мерзлота

Когда вечная мерзлота составляет менее 50%, она считается спорадической вечной мерзлотой. Это происходит в тех же местах, что и прерывистая вечная мерзлота, но, возможно, на несколько меньших высотах или в местах, подверженных большему воздействию солнца или теплых воздушных потоков.

Типы вечной мерзлоты

Некоторые другие подтипы вечной мерзлоты описывают не столько ее протяженность, сколько районы, где она встречается.

Альпийская

В большинстве случаев горная вечная мерзлота является прерывистой, поскольку она образуется на больших высотах и на нее могут влиять местные погодные условия и геологические особенности. Горная вечная мерзлота может возникнуть в любом месте, где достаточно холодно, поэтому она не ограничивается только приполярными районами. Например, в 2009 году исследователи обнаружили вечную мерзлоту на горе Килиманджаро в Африке, которая находится всего в 300 километрах от экватора. Она была обнаружена вблизи вершины горы в районе, который не подвергался оледенению. (4)

Размеры альпийской вечной мерзлоты представляют интерес для ученых, поскольку в ней содержится пресная вода, связанная с почвой. Когда вечная мерзлота тает, в экосистемы может попасть вода, в том числе древняя, но многое еще неизвестно – например, вечная мерзлота в горах Анд не была нанесена на карту. (5)

Подводная

Подводная вечная мерзлота погребена под морским дном в полярных районах. Эта вечная мерзлота очень древняя, она образовалась во время последнего ледникового периода, когда уровень моря был ниже. Когда уровень моря повысился, а ледяные щиты на суше растаяли, они покрыли эту замерзшую землю морской водой. Вечная мерзлота надолго ушла под воду и сохранилась до наших дней, что может осложнить подводное бурение или прокладку подводных трубопроводов.

Почвенные формации

В условиях вечной мерзлоты образуется множество интересных почвенных образований, связанных с сочетанием и воздействием воды, которая расширяется и сжимается при замерзании и таянии, взаимодействуя с местными почвами, горными породами и песком.

Полигоны

При виде с воздуха полигоны выглядят так, будто ландшафт представляет собой один большой пазл. Они образуются в течение нескольких сезонов, когда холодные зимние температуры заставляют почву сжиматься. При этом в ней образуются трещины, которые затем заполняются весенней талой водой (например, в результате таяния снежного покрова близлежащих гор). Из-за холода вечной мерзлоты под первоначальной почвой, в которую стекает вода, она замерзает и расширяется, образуя клинья льда. Этот цикл может повторяться годами, и с каждым разом трещины становятся все глубже; в какой-то момент клинья становятся настолько толстыми, что выталкивают почву на гребни, похожие на многоугольники.

Бугры пучения

Если бы вы не знали, что это такое, то при взгляде на них, скорее всего, подумали бы, что бугры пучения – это красиво округленные холмы. Но в районах с вечной мерзлотой они немного обманчивы, поскольку, хотя снаружи они сделаны из почвы, внутри у них сердцевина из твердого льда. Они могут быть похожи на курганы высотой всего 3 метра и немного шире у основания, а могут быть довольно большими, в 50 метров и даже выше. Согласно исследованию, опубликованному в журнале The Cryosphere, на Земле насчитывается около 11 000 бугров пучения, большинство из которых находятся в биоклиматической зоне тундры. (6)

Солифлюкция

Солифлюкция – это общий термин для нескольких процессов, при которых верхний слой грунта перемещается по мерзлой почве под ним. Вечная мерзлота действует как твердая, непроницаемая поверхность, поэтому, когда почва или песок над ней насыщаются жидкостью, они медленно сползают вниз по склону под действием силы тяжести. Существует несколько различных типов солифлюкции, и есть основания полагать, что этот процесс можно наблюдать даже на Марсе. (7)

Термокарсты

Карст обычно обозначает известняк или процесс, содержащий эту породу, но в данном случае известняк здесь ни при чем – он просто похож на аналогичный процесс, который наблюдается в известняках. Термокарсты образуются в результате морозных пучений, которые выталкивают вверх небольшие купола активного слоя, лежащего над вечной мерзлотой. При потеплении купола разрушаются, оставляя после себя вогнутую складку. Из этих образований могут развиваться бугры пучения. В некоторых случаях образуются очень крупные термокарсты, которые, наполняясь водой, превращаются в небольшие пруды или даже озера.

Тает ли вечная мерзлота?

В настоящее время вечная мерзлота покрывает огромные территории (в Северном полушарии ее площадь оценивается в 23 300 000 квадратных километров, что соответствует площади США, Канады и Китая вместе взятых), но она сокращается.

Поскольку Арктика нагревается примерно в два раза быстрее, чем районы с более умеренным климатом, а вечная мерзлота чувствительна даже к небольшим изменениям температуры, таяние вечной мерзлоты происходит быстрее, чем ожидалось, что удивляет ученых. По оценкам одного широко цитируемого исследования, опубликованного в журнале Nature Climate Change, если Земля потеплеет на 2°C выше доиндустриального уровня (путь, по которому мы движемся в настоящее время), то вечная мерзлота сократится на 40%. (8)

Вечная мерзлота и климатический кризис

Таяние вечной мерзлоты имеет множество последствий. Во-первых, при таянии она выбрасывает в атмосферу парниковые газы, особенно метан. Это создает петлю обратной связи – по мере таяния вечной мерзлоты в атмосферу попадает все больше парниковых газов, и климат нагревается еще больше. Во-вторых, таяние вечной мерзлоты имеет локальные последствия, включая дестабилизацию зданий и транспортных систем, а также возможные разрушительные наводнения или оползни/селевые явления. (9)

Помимо экологических и экономических последствий, населенные пункты, живущие на вечной мерзлоте, начали терять здания, а в некоторых местах, возможно, придется переселять целые города. На Аляске, в Гренландии, Канаде и России таяние вечной мерзлоты привело к обрушению или затоплению домов и зданий. В Воркуте (Россия) нарушена структурная целостность 40% зданий, а в Норильске, городе с населением 175 000 человек, 60% зданий повреждены в результате таяния вечной мерзлоты, а 10% домов в городе уже заброшены. (10)

Кроме того, их трудно восстанавливать из-за смещения грунта. Во многих из этих мест жилья и так не хватает, а большинство пострадавших – коренные жители, чьи общины жили в этих местах на протяжении тысяч лет.

Экологические последствия

Таяние вечной мерзлоты изменяет ландшафты. По мере таяния вечной мерзлоты, происходящего в Канадской Арктике, на Аляске, в России и других регионах, богатые ландшафты, которые когда-то служили пищей для медведей гризли, карибу и других животных, исчезают под провалами почвы. Это происходит потому, что грунт выталкивается вверх и перестраивается, когда вода под поверхностью сжимается по мере таяния льда. Пищевые растения для животных, такие как клюква, черника, кустарники, лишайники и другие съедобные растения, не выдерживают натиска грязи и ила.

Выброс парниковых газов

Таяние вечной мерзлоты, вызванное антропогенным изменением климата, может создать опасную петлю обратной связи. Согласно исследованию, опубликованному в журнале Nature, только в Арктике в вечной мерзлоте содержится около 1400 гигатонн углерода, и этот углерод высвобождается быстрее, чем ожидалось. Это примерно в четыре раза больше, чем было выброшено человеком с начала промышленной революции, и делает ее одним из крупнейших поглотителей углерода в мире. Если этот углерод будет высвобожден, его необходимо будет учесть в глобальных показателях, которые ученые используют для лучшего понимания будущих последствий изменения климата. (9)

Если из вечной мерзлоты по мере ее таяния будет выделяться больше парниковых газов, потепление ускорится, что приведет к еще большему выделению газов, еще большему таянию вечной мерзлоты и так далее.

Вирусы и бактерии

Некоторые организмы могут жить тысячи лет, сохраняясь во льду. Условия близки к идеальным – холод, темнота и низкое содержание кислорода позволяют некоторым из этих микроскопических клеток выжить. Вирусы, грибки и бактерии, замерзшие в вечной мерзлоте, могут активизироваться, если попадут в водоемы через талые воды.

Так уже произошло в 2016 году, когда разморозили оленя, переносящего сибирскую язву, который был погребен в вечной мерзлоте 75 лет. Сибирская язва попала в водопровод, и десятки людей заболели, один мальчик умер, а тысячи оленей погибли, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Plos One. Вирус испанского гриппа 1918 года также был обнаружен на неповрежденных трупах, найденных на Аляске, и даже некоторые черви возрастом 40 000 лет ожили после размораживания. Полный масштаб заражения, которое могут вызвать древние вирусы и бактерии, скрывающиеся в вечной мерзлоте, неизвестен. (11)

Экономическое воздействие

Коренным народам, таким как инуиты, живущим в районах с тающей вечной мерзлотой, будет все труднее найти пищу из-за тысяч оползней и термокарстовых оползней, которые уже произошли и будут происходить в ближайшие годы. Эти изменения рельефа могут изменить морские берега в результате обрушения, изменить характер и место течения ручьев, привести к осушению озер. Все эти явления могут иметь негативные последствия для дикой природы, от которой зависит жизнь людей.

Таяние вечной мерзлоты также приводит к разрушению зданий и дорог, которые необходимо восстанавливать или закрывать, а также к любой коммерческой деятельности – от бурения нефтяных и газовых скважин до нефтепроводов и любого другого бизнеса или сообщества, зависящего от стабильного грунта и надежного водоснабжения. Из-за широкого воздействия таяния вечной мерзлоты трудно определить точную сумму в долларах.

Другие последствия

Таяние вечной мерзлоты может привести к обнаружению останков древних цивилизаций, животных и истории Земли, которая была погребена в течение тысяч лет. В одном из отдаленных районов Сибири уже обнаружена гробница сибирского князя возрастом 3000 лет, что является благом для археологов, изучающих это время и место.

Treehugger