Вічна мерзлота - Енциклопедія Росії; навколишнє середовище

мерзлота

Вічна мерзлота зустрічається на поверхні Землі, особливо в Північній півкулі. Його товщина і суцільність залежать від широти та висоти. Існує дві основні категорії вічної мерзлоти: густа суцільна вічна мерзлота, що займає великі площі континентальних шельфів Аляски, Канади та Сибіру; і менш товста і часто розривна, навіть спорадична, вічна мерзлота, яка стосується гірських хребтів, зокрема альпійських хребтів. У них гірські льодовики становлять чудову форму, генезис і поведінка якої є предметом спеціальних досліджень, відмінних від тих, які традиційно проводяться на "справжніх" льодовиках. У цій статті також розглядаються ризики, пов'язані з гірською вічною мерзлотою в контексті кліматичних змін.

1. Визначення та розподіл вічної мерзлоти

Поняття вічна мерзлота (Англійська назва) або вічна мерзлота вперше був визначений у 1947 р. [1] і з тих пір є важливою частиною досліджень кріосфери.

Вічна мерзлота - це теплове та часове явище, що позначає підповерхневі ґрунти, де температура ніколи не піднімається вище 0 ° C принаймні протягом одного року. Він може впливати на всі типи матеріалів: кам’янистий субстрат, поверхневі утворення, ґрунти. Він може містити або не містити льоду: у гірській породі кількість льоду, як правило, обмежується заповненням тріщин, тоді як у поверхневих формаціях це може бути значним: заповнення всього проміжного простору (насичена вічна мерзлота), включаючи невеликі шари або лінзи льоду, і перевищують за обсягом частку скелястого матеріалу (перенасичена вічна мерзлота).

Вічна мерзлота становить близько 20% континентальної поверхні Землі, або 25 млн. Км 2, чверть сухопутної маси Північної півкулі. Для порівняння, континентальний лід (морський лід не включається) займає 16 млн. Км 2 .

зона суцільної мерзлоти (більше 80% поверхні),

зона розривної вічної мерзлоти (від 30 до 80% поверхні),

епізодична вічна мерзлота (менше 30% поверхні),

вічна мерзлота в поодиноких місцях.

Хоча більша частина вічної мерзлоти зустрічається у великих широтах, вона також знаходиться на великій висоті в гірських хребтах. Таким чином, в Альпах розривна вічна мерзлота потенційно присутня приблизно на відстані 2500 м у північній орієнтації, більш суцільна вічна мерзлота вище від 3500 до 4000 м. Згідно з модельними розрахунками, вічна мерзлота може охоплювати площу 1300 км² у французьких Альпах [2], що більш ніж подвоює поверхню льодовиків (приблизно 500 км²).

2. Будова вічної мерзлоти

Формування, збереження або зникнення вічної мерзлоти дуже тісно залежить від клімату. Його розподіл, температура та товщина реагують на зміни природного середовища та на антропогенні порушення, викликаючи зміну теплового режиму ґрунту. Вертикальна структура вічної мерзлоти, зокрема її вміст льоду, залежить як від клімату, так і від топографічних, геологічних та геоморфологічних умов (рис. 2).

На типовому тепловому профілі чітко видно три рівні:

Називається поверхневий шар, температура якого влітку перевищує 0 ° С (і, отже, сезонно відтає) активний шар. Власне кажучи, вічна мерзлота, отже, стосується лише шару, розташованого під активним шаром, температура якого постійно залишається нижче 0 ° С. Активний шар може мати товщину в декілька десятків сантиметрів на торф'янистій місцевості арктичної тундри і до 3 - 7 метрів у кам'янистій, бідній місцевості в Альпах.

Шар, який ніколи не тане, - це вічна мерзлота в суворому розумінні. Нижче рівня, на якому відповідають криві максимальної та мінімальної температур (Tmin і Tmax), земля не зазнає річних коливань температури повітря. Ця максимальна глибина проникнення річних змін дуже сильно залежить від вмісту льоду. Це може бути лише кілька метрів у багатій льодом місцевості, а в Альпах - 20-30 метрів у скелястій місцевості.

Глибина база вічної мерзлоти визначається середньою температурою повітря місця, яка обумовлює температуру вічної мерзлоти, та геотермальним градієнтом: найглибша вічна мерзлота, таким чином, відповідає найхолоднішому та найсухішому клімату (низький рівень снігового покриву скорочує ізоляцію, яку забезпечує сніг). Наприклад, глибина вічної мерзлоти становить кілька сотень метрів на Канадській Крайній Півночі або в Сибіру. В Альпах буріння, проведені між 1998 і 2010 роками, показали, що на висоті 3000 метрів вічна мерзлота може досягати товщини близько ста метрів.

Взаємодія між кліматом над землею та кліматом під ним є складною і залежить від багатьох факторів, багато з яких чутливі до кліматичних змін. Теплові коливання в атмосфері загасаються з глибиною завдяки теплопровідності надр та снігового покриву. Зазвичай існує проміжок часу між змінами температури на поверхні грунту та змінами глибини у вічній мерзлоті; у випадку густої вічної мерзлоти (Північна Америка, Сибір та ін.) цей зсув може мати порядок від сотень до тисяч років, у випадку тонкої вічної мерзлоти (Альпи та ін.) її можна зарахувати в роки або десятиліттями.

3. Вічна мерзлота і альпійські скельні льодовики

Будь-який тип земель, ймовірно, зазнає впливу вічної мерзлоти, будь то гірська порода чи осад.

У випадку гірської маси ми матимемо справу з гірською породою, яка більш-менш тріщиниста і «зацементована» льодом. Частка льоду обмежена заповненням тріщин і може бути майже нульовою у випадку з невеликою тріщиною породи, але вона може відігравати значну роль у стійкості гірських масивів.

У випадку з поверхневими формаціями вічна мерзлота, ймовірно, утворюється із уламків гірських порід (колювій, морени та осипи) та льоду (в результаті ущільнення снігових та лавинних потоків та замерзання води від просочування). Умови, в яких може утворитися ця вічна мерзлота, залежать від висоти над рівнем моря (зазвичай вона перевищує 2500 метрів в наших помірних широтах), експозиції та геоморфологічного контексту (наявність льодовика; наявність грубих відкладень, що відіграють роль теплової, навіть холодної пастки., для землі) та топографічні (ефект затінення, басейн з холодним повітрям тощо).

Типова структура вічної мерзлоти у поверхневих формаціях складається з:

  • постійно розмороженого поверхневого шару, який може досягати декількох метрів товщини, з низькою теплопровідністю і який відповідає активному шару,
  • шар вічної мерзлоти, суміш льоду та кам'янистих уламків, іноді однорідних (" крижаний бетон "Насичений льодом від 30 до 40%), включаючи також місцеві неоднорідності (" перенасичена "вічна мерзлота з крижаними лінзами," ненасичена "вічна мерзлота, що містить трохи повітря та танення льоду; канали та" кишені "талої води ...),
  • саму породу (рідше заморожену) або третій шар, утворений із незамерзлого та ненасиченого сміття.

Частка льоду в крижаному бетонному шарі є визначальним елементом геоморфологічної динаміки. Якщо цей бетон насичений або перенасичений льодом, вічна мерзлота, ймовірно, тече повзанням по схилах, що дозволяє знаходити його на менших висотах, зокрема у формах, що називаються скельними льодовиками, дуже численними у Французьких Альпах, Меркантур до Вануазу.

Рисунок 3. Скельний льодовик Лорішарда (Верхні Альпи). Круті краї добре помітні (тіні), а також форми, пов’язані з течією скельного льодовика (борозенки та хребти), [Джерело: Бодін Х. (2007). Експлуатація, поширення та недавній розвиток вічної мерзлоти в масиві Комбіно (Верхні Альпи, Франція). Кандидатська дисертація: Університет Дені-Дідро, Париж, 274с. https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00203233] скельні льодовики є одними з найбільш релевантних показників вічної мерзлоти, оскільки вони добре помітні в гірському ландшафті і є чудовими як своїм ступенем, так і своєю змінною реакцією на кліматичні коливання. Вони зустрічаються особливо у відносно сухих районах, де льодовики не можуть повноцінно розвиватися. Скельні льодовики набувають особливу морфологію (рис. 3), виконану з вкладених хребтів і крутого фронту, завдяки повзучій на похилій підкладці суміші кам’яних уламків і льоду.

Наявність або відсутність скельних льодовиків, їх морфологія та їх функціонування залежать від мінливої ​​рівноваги між вкладом скелястих уламків та вкладом льоду, обумовлених самими ними, в регіональному масштабі кліматичним та геологічним контекстом та, більш локальним масштабу, за топокліматичним та геоморфологічним контекстом [3].

Різноманітність спостережуваних ситуацій свідчить про те, що більшість скельних льодовиків мають перигляціальне походження (тобто, лід виникає в результаті захоронення снігу під уламками та глибокого замерзання води), що не виключає наявності льодовикового льоду походження (спочатку утворюється на поверхні ущільненням снігового поля). Нарешті, пам’ятайте, що, незалежно від походження льоду, лише теплові умови вічної мерзлоти дозволять розробляти та підтримувати скельний льодовик.

Малюнок 4. “Викопний” скельний льодовик (= без виявленого в даний час глобального руху) Валлон-де-ла-Рут у масиві Комбіно (Верхні Альпи).

4. Ризики, пов'язані з таненням вічної мерзлоти

Так само, як льодовики відступають, альпійська вічна мерзлота реагує на кліматичні зміни, що тривають вже кілька десятиліть. По-перше, його температура підвищується і наближається до 0 ° C у багатьох альпійських місцях. У той же час активний шар, ця поверхня, яка влітку тане, потовщується, а реологія рівнів, що застрягли в землі, значно змінюється. Зрештою, нижні межі альпійської вічної мерзлоти повинні поступово збільшуватися у висоті.

Саме еволюція цієї межі (приблизно розташована між 2300 і 3200 метрами висоти в наших широтах), не врівноваженої з кліматом, ставить основні питання з точки зору небезпек та пов'язаних з ними ризиків. Дійсно, деградація вічної мерзлоти може зіграти значну роль у відродженні сили тяжіння, периглаціальних та проливних явищ через втрату згуртованої ролі льоду у стабілізації високих схилів.

Наслідки потепління вічної мерзлоти, які можуть вплинути на наші території, чотири:

  • просідання відкладних відкладень, пов’язане з таненням льоду, вже торкнулося певних гірськолижних курортів та висотних споруд Швейцарії та Франції [5];
  • дестабілізація замерзлих відкладних відкладень, розташованих на маркованих схилах, спочатку призведе до значного прискорення внутрішніх деформацій (багато відомих випадків в Альпах), а потім до розриву, який може мобілізувати весь родовище (ймовірний випадок скелястий льодовик Берара в Убай [6]);
  • збільшення частоти різних гравітаційних процесів, що впливають на великі висоти скельних порід; танення льоду, що міститься у стиках стін, ймовірно, є причиною недавніх обвалів, що сталися на відрозі Бренва та на Друзі [7];
  • збільшення частоти сміттєвих потоків і потоків грязі, або за рахунок поглиблення активного шару вічної мерзлоти (на прикладі Рітіграбена, Вале, Швейцарських Альп [8] і скельного льодовика Коль-ду-Лу в Ланслевіяр, Савойя) або збільшення надходження осаду зі стін, яке, отже, може бути мобілізоване під час значних дощових подій (випадок потоку Армансетт, Верхня Савойя).

Посилання та примітки

Зображення на обкладинці: Ставки з вічною мерзлотою, розморожені на торфовищах у затоці Гудзон, Канада в 2008 р. [Джерело: Стів Юрветсон [CC BY 2.0], через Wikimedia Commons]

[1] Мюллер С. В. (1947) Вічна мерзлота та постійно мерзлий грунт та пов'язані з цим інженерні проблеми. Дж. В. Едвардс, вид., 231 с.

[2] Боден X., Льотельє Р., Шойнех П., Грубер С., Делін П., Раванель Л. і Монньє С. (2008) На шляху до першої оцінки розподілу вічної мерзлоти у французьких Альпах. Швейцарська зустріч з геології, 21-23 листопада 2008 р., Лугано

[3] Місцеві умови рельєфу та експозиція схилів

[4] з відкритими тріщинами та порожнинами розчинення, як це можна знайти у вапнякових породах

[5] Fabre D., Cadet H., Lorier L. & Leroux O. (2014) Виявлення проблем вічної мерзлоти та фундаменту на гірських гірськолижних курортах. Конгрес IAEG в Торіно, в Lollino et al., Springer, том 1, стаття 60, 321-324

[6] Schoeneich P., Bodin X., Echelard T., Kaufmann V., Kellerer-Pirklbauer A., ​​Krysiecki J.-M. & Lieb G.K. (2014) Зміни швидкості гірських льодовиків та викликані небезпеки. в Lollino G., Manconi A., Clague J., Shan W., Chiarle M. (eds): Engineering Geology for Society and Territory - Volume 1, Springer, pp. 223-227. DOI: 10.1007/978-3-319-09300-0_42

[7] Раванель Л., Делін П. та співавт. (2007) Високий гірський колапс на вічній мерзлоті: приклад Петі Дру (масив Мон-Блан). Щорічні дні Société Hydrotechnique de France (Нівологія-Глаціологія), Гренобль

[8] Ребетес М., Лугон Р. та ін. (1997) Кліматичні зміни та сміттєві потоки у високогірних регіонах: приклад потоку Рітіграбен (Швейцарські Альпи) - Кліматичні зміни 36, 371-389

Екологічна енциклопедія видається Асоціацією енциклопедій захисту навколишнього середовища та енергетики (www.a3e.fr), яка за контрактом пов'язана з Університетом Гренобля Альпи та Греноблем INP, і фінансується Академією наук.

Цитувати цю статтю: SCHOENEICH Philippe, FABRE Denis (2021), Le permafrost, Encyclopédie de l'Environnement, [online ISSN 2555-0950] url: https://www.encyclopedie-environnement.org/sol/le-permafrost /.

Статті в Екологічній енциклопедії доступні на умовах ліцензії Creative Commons BY-NC-SA, яка дозволяє відтворення за умови: цитувати джерело, не використовувати комерційне використання, однаково ділити ініціали умов, відтворювати при кожному повторному використанні або розповсюдженні згадування цієї ліцензії Creative Commons BY-NC-SA.

Автор (и)

  • SCHOENEICH Філіп, Професор фізичної географії в Університеті Гренобля Альпи (PACTE)
  • FABRE Денис, Заслужений професор Національної консерваторії мистецтв та ремесел Парижа (CNAM), Команда будівництва та енергетики (ICENER)

План статті

Фокус

  1. Бодін, X., Шойних, П., Деліне, П., Раванель, Л., Магнін, Ф., Крисієцький, Дж., Та Ехелард, Т. (2015) - Гірська вічна мерзлота та пов'язані з нею геоморфологічні процеси: останні зміни в Французькі Альпи. Журнал альпійських досліджень/Revue de Géographie Alpine, Гренобль, 103-2. DOI: 10.4000/rga.2885

Вам також сподобається

Моделі біосфери, гідросфери та кріосфери

Ця стаття представляє важливість врахування земельних поверхонь у Прогнозі ...

Джанпаоло БАЛСАМО, керівник групи зв'язаних процесів, Секція моделювання систем Землі, Європейський центр прогнозування погоди середнього радіусу (ECMWF), Редінг, Англія.

Вплив зміни клімату на сніговий покрив та альпійські льодовики: наслідки для водних ресурсів

Альпійська Рона ілюструє, як глобальне потепління може вплинути на потік ...

Мартін БЕНІСТОН, директор Інституту екологічних наук (ISE) Женевського університету, Швейцарія

Гірські льодовики, сторожі зміни клімату

Справжні ікони гірських регіонів, льодовики є основними інструментами для виявлення ...

Delphine SIX, фізик обсерваторії, UGA-OSUG, IGE (Інститут екологічних геологічних наук)