Roztopienie Permafrostu i Wyduszanie Metanu: Ziemia Z Pamięcią Epoki Ledniczej

Zamarznięte przynajmniej przez dwa lata, zgodnie z definicją

Permafrost jest zdefiniowane jedynie temperature i czasem: gleba, która pozostaje pod 0°C przez co najmniej dwie kolejne lata. Na jej powyżej znajduje się warstwa aktywna — górna warstwa gleby, która kałużniawszy w letnim okresie i ponownie zamarznie winter, hostując wszystko roślinność, mikroorganizmy i infrastrukturę, które powierzchnia wspiera. Pod warstwą aktywną, permafrost może być metry do setek metrów głębokości, a w niektórych częściach Syberii nawet tysiące lat — gleba, która prawdziwie pozostawała zamarznięta od ostatniego okresu lodowca.

Równanie Stefana: jak głęboko dotyka naszletnia ciepła letniego słońca?

Klasyczna problematyka Stefan'a – pierwotnie zdefiniowana dla rosnącej lodu morskiego w XIX wieku – modeluje, jak daleko front roztopu (lub zamarznięcia) natarciuje na grunt jako granica poruszająca się, gdzie ciepło przekazywane ze surface jest całkowicie pożerane przez ukryte ciepło roztopienia lodu, a nie podnoszące temperatury dalej:

d(t) ≈ sqrt( 2 * k * ΔT * t / L ) k = przewodność termiczna gruntu roztopionego ΔT = temperatura powyżej punktu zamarzania na powierzchni t = czas L = ukryte ciepło fusji na jednostkę objętości lodu w gruncie Kluczowym celem jest zależność od pierwiastka kwadratowego od czasu: głębokość roztopu rośnie szybko na początku i potem wolniej, ponieważ każdy dodatkowy centymetr gruntu już roztopionego izoluje podłoże zamarznięte o nieco bardziej. To także oznacza, że grubość warstwy aktywnej jest bardzo czuła na ilość gruntu bogatego w lodowisko, które musi zostać roztopione (L) – wilgotniejszy, bardziej bogaty w lód grunt roztopuje się wolniej dla tego samego wpływu ciepła niż dreszczowy grunt.

d(t) ≈ sqrt( 2 * k * ΔT * t / L )

k  = thermal conductivity of the thawed soil
ΔT = temperature above freezing at the surface
t  = time
L  = latent heat of fusion per unit volume of ice in the soil

Lodowce pod ziemią i spadanie termokarstowe

Wiele zmarzniętego twardziela nie jest prosto zamrożonym wilgotnym gruzem — zawiera nadmierny lod: węże lodu, kryształy lodu i duże ciała lodu, które zajmują większą objętość niż normale puste miejsca w gruzie. Gdy ten nadmienny lod się roztopi i woda przepłynie lub zanotuje się spadkami wilgotności, ziemia nie ma gdzie rozdistribuować straconej objętości, a powierzchnia sama opada, aby wypełnić pustkę. To termokarst — jaskinie, opadające zbocza, drzewa

piwne

wsparte na kijach

a nowe jeziorka zlodowaczone pojawiające się tam, gdzie dawniej była twarda ziemia

— i to jest przyczyną tego, że roztopienie twardziela zmienia krajobraz, a nie tylko go osłabia.

Zakładka metanu

Permafrost przechowuje ogromny zasób karbonu organicznego — rośliny i zwierzęce materiały zamarznięte przed pełnym rozkładem, szacowany na około 1,5 tysiąc miliardów ton w północnej Azji, więcej karbonu niż obecnie znajduje się w atmosferze. Zmrozienie wraca to karbon do mikroorganizmów, które wznowiają rozkład po przerwie, która w niektórych przypadkach trwała tysiąclecia. W glebach aerobicznych i dobrze odwodnionych większość tego rozkłada się na dwutlenek węgla; natomiast w wodnosztywnych, chlorkoferniczych warunkach charakterystycznych dla jaskirowych jezior i pól wilgotnych mikroorganizmy produkują metan — znacznie bardziej efektyweszną gazem ciepła w porównaniu do dwutlenku węgla cząsteczka za cząstkę, szczególnie w okresie 20 lat używanym przez naukowców klimatologicznych, choć sam metan rozkłada się szybciej w atmosferze.

Obwód zwracający, ale jak szybko?

Dla większości permafrostu efekt odwrotu sprzężonego działa powoli: warstwa aktywna naraża się na głębsze uszkodzenia w ciągu każdego dekady przy zwiększaniu się temperatury, co prowadzi do wolnego i ciągłego wydzielania carbonu przez dekady lub wieki, a nie w jednym dramatycznym impulsie. Ale lokalne cechy nagle rozpadające się — takie jak formowanie się jeziora termokarstowego, upadanie zboczów — mogą destabilizować glebę bogatu w azotan i lodowatej składce znacznie szybciej niż sugeruje jedynie trend powolny. Nawet jeśli te cechy wpływają na mniejszą część ogólnej powierzchni permafrostu w dowolnym momencie, mogą one wpływać na nią znacznie bardziej niespodziewanie i szybko. Obecne badania traktują wolny i nagły rozpad jako dwa oddzielne procesy dokładnie dlatego, że łączenie ich w jeden by nie przedstawiło poprawnej szybkości oraz zasięgu, z jakimi na prawdę wraca do krąg obiegu ten zamarznięty carbon.

Często zadawane pytania

Wypróbuj na żywo

Wszystko powyżej działa bezpośrednio w Twojej przeglądarce — otwórz Permafrost Thaw & Methane Release i zmieniaj parametry podczas działania. Nic nie jest instalowane ani przesyłane na serwer, cały model działa w jednej karcie.