на что многолетняя мерзлота не оказывает влияние
5 плохих вещей, которые произойдут после таяния вечной мерзлоты
Неважно, поддерживаешь ты или отрицаешь теорию глобального потепления, но когда-нибудь Земля из-за смены циклов оледенения или человеческой деятельности полностью избавится ото льдов. Опасность этого явления кроется в таянии не только огромных залежей льда на полюсах, но и вечной мерзлоты, покрывающей около 50 % территории нашей страны и многих других частей света. В некоторых регионах, например в Гренландии, вечная мерзлота сковывает 90 % суши.
Когда весь этот лёд, уходящий вниз на десятки, а иногда и сотни метров, растает, человечество ждёт нечто пострашнее, чем повышение уровня воды в Мировом океане.
1. Обрушатся целые города
Многие города стоят на вечной мерзлоте, и здания в них строятся исходя из прочности льда под сравнительно тонким рыхлым слоем почвы. Такие дома стоят на сваях, которые опираются на многометровые льды, и, как только начнётся таяние вечной мерзлоты, многотонные здания станут проседать, причём неравномерно. Такое происходит всё чаще, но пока что это не приводило к катастрофическим последствиям.
В будущем, когда вечная мерзлота начнёт активно таять, сваям уже не на что будет опереться, из-за чего жителям многих городов, находящихся за полярным кругом, придётся покинуть свои дома.
2. На поверхности окажутся опасные бактерии и вирусы
Одна из главных проблем таяния вечной мерзлоты — обнажение грунта и того, что в нём было заморожено. В 2016 году на Ямале началась эпидемия сибирской язвы, из-за которой погибло несколько человек и больше полутора тысяч оленей. Причиной стала аномальная жара, из-за которой частично оттаяла вечная мерзлота, и на поверхности оказался труп давно умершего оленя, заражённого этой бактерией.
И чем сильнее тает лёд, тем выше вероятность того, что вмороженный в него десятки, сотни или миллионы лет назад труп животного, заражённого чем-то более серьёзным, всплывёт на поверхность и принесёт миру ещё одну пандемию.
В 2013 году российские учёные обнаружили в озере Восток в Антарктиде на глубине четырех километров неизвестные науке бактерии. А в 2019-м исследователи из НИЦ «Курчатовский институт» на том же континенте обнаружили микроорганизмы, которые смогли выработать устойчивость к холоду, ветру и ультрафиолетовому излучению. И никто не знает, что еще может проснуться от многовековой спячки после таяния вечной мерзлоты и как эти бактерии будут воздействовать на людей.
3. Высвободятся огромные запасы газа
Проблема в двух вещах. Первая: этих запасов углеводородов примерно в два раза больше, чем того количества газа, который содержится в атмосфере. Это может сделать воздух малопригодным для дыхания. В норме концентрация углекислого газа в атмосфере составляет 0,04 % от всего объёма. При концентрации CO2 в воздухе более 0,3 % начинается гиперкапния — отравление углекислым газом, которое вызывает кислородное голодание и приводит к головной боли, тошноте, частому поверхностному дыханию, усиленному потоотделению и потере сознания. При более высокой концентрации возможен летальный исход.
4. Таяние мерзлоты спровоцирует глобальное потепление
Никто точно не знает, к чему приведёт такой бурный скачок, но учёные предполагают, что, как только средняя температура на планете повысится на два градуса, начнутся серьёзные изменения в биосфере, которые в теории могут уничтожить человечество.
Дело не в том, что вместо двадцати пяти градусов в твоём городе летом будет тридцать. Проблема заключается в вымирании видов, которые не приспособлены к подобным условиям. Среди них будут и необходимые человечеству для пропитания злаки, плодовые культуры, мясные породы, рыбы и другие представители флоры и фауны.
Высвобождение газов в атмосферу приведёт к замкнутому циклу потепления, похожему на то, как если бы ты постоянно подливал воду на раскалённые камни в парилке.
5. Пострадает биоразнообразие
Таяние вечной мерзлоты приводит к тому, что более южные представители флоры и фауны начинают всё сильнее захватывать северные территории, вытесняя эндемичные виды, то есть те, которые обитают на относительно ограниченном ареале.
Проблема в том, что большинство видов взаимосвязаны между собой, и часть из них живёт в симбиозе друг с другом. Когда один из видов пропадает — нарушается пищевая цепочка или нормальное функционирование другого вида, вследствие чего страдает вся экосистема. Так, например, таяние вечной мерзлоты приводит к тому, что белые медведи всё чаще появляются в северных городах в поисках пропитания из-за того, что их традиционный источник пищи — нерпы, моржи и другие морские животные — уходят севернее.
Многолетняя мерзлота
Что такое многолетняя мерзлота
Горные породы, находящиеся в верхнем слое земной коры, могут промерзать достаточно большое количество времени, десятки, а то и сотни лет. Такое явление в научном мире принято называть многолетней мерзлотой. Подземные льды круглый год сохраняют нулевую или отрицательную температуру.
Причины образования многолетней мерзлоты
Основная версия о причинах возникновения многолетней мерзлоты связана с четвертичным оледенением. Так почему же одни участки земли остались без последствий оледенения, а другие остаются в промерзшем состоянии до сих пор? Ученые дают следующее объяснение. Дело в том, что в тех областях, где выпадало достаточно большое количество осадков, было покровное оледенение. Земля была покрыта толстым слоем льда, который не давал грунту промерзать. Лед был своеобразной защитой. А там, где этой защиты не было, вследствие малого количества осадков, грунт промерз очень сильно.
Особенности многолетней мерзлоты
Одной из особенностей многолетней мерзлоты можно считать то, что распространение ее неравномерно, и можно выделить три разновидности.
Интересны также формы льда, цементирующего горные породы: линзы, жилы, пятна, клинья, пласты.
Причины сохранения многолетней мерзлоты
Можно назвать комплекс факторов, способствующих сохранению многолетней мерзлоты.
Регионы распространения многолетней мерзлоты
Северная Америка также сохранила это реликтовое явление. Многолетнюю мерзлоту здесь можно встретить в бассейне рек Мекензи, Юкон, также на полуострове Лабрадор.
Многолетняя мерзлота в России
В разных частях России многолетнемерзлые грунты не однородны, да это и понятно, ведь климат хоть и незначительно, но различается. Так, например, единый замороженный монолит можно увидеть на Севере Сибири, а в районе Кольского полуострова он достигает нескольких десятков метров.
Как уже упоминалось ранее, вечная мерзлота распространена зонами. Зона сплошного распространения самая обширная. Начинается она на островах Северного Ледовитого океана в европейской части, затем спускается к югу и к востоку азиатской части России. Это самая северная часть страны, в частности это северо-восточная часть западносибирской равнины, большая часть среднесибирского плоскогорья и северо-восточная Сибирь.
Вечная мерзлота накладывает отпечаток на ландшафт, лед значительно деформирует поверхность, создавая особые микрорельефы. При очень сильных морозах грунт покрывается трещинами, в которые попадает вода. Вода замерзает, образуя своеобразные решетчатые полигоны.
Еще одно интересное явление – это гидролокколиты, или бугры вспучивания. Образуют их линзы льда, залегающие на глубине и приподнимающие грунт, находящийся над ними. Гидролокколиты могут достигать сорока метров, такие бугры вспучивания распространены в центральной Якутии.
На склонах Буранга и плато Плуторана распространены каменные осыпи. Из-за чередования промерзания и оттаивания, они начинают перемещаться вниз по склону гор. Такое явление называют солифлюкацией.
Зона прерывистого распространения многолетней мерзлоты расположена южнее предыдущей зоны. Очевидно, что лед в этой местности не залегает сплошным пластом, а располагается участками. Оттаявший грунт образует воронку, которую называют термокарстовой. Часто в таких воронках образуются озера, но вода из них может уйти в ближайшую реку, а водоем превращается в болото.
На территории Прибайкалья и юге Забайкалья преобладает зона островной многолетней мерзлоты. Для этой зоны характерны те же самые особенности микрорельефа, но встречаются они значительно реже.
Оттаивание многолетней мерзлоты
Оттаивание многолетней мерзлоты не сулит человечеству ничего хорошего. Это и глобальное потепление, и огромные воронки в земной коре, образующиеся в следствие просадки грунта и формировании подземных полостей. Дело в том, что земная поверхность проседает от того, что мерзлый грунт начинает протаивать, появляются провалы, которые постепенно заполняются водой.
Оттаивание многолетней мерзлоты в России
Чем опасно оттаивание мерзлого грунта? Во-первых, это грозит образованием гигантских провалов, таких как Батагайский кратер в Якутии. Размеры его пугают не только обывателей, но даже ученые относятся к этому явлению настороженно. Такой провал в результате оттаивания вечной мерзлоты может случиться в любом месте и в любое время.
Ухудшения состояние мерзлого грунта вредит не только природе, но и отражается на человеке. Например, в течение последних десяти лет в Норильске подверглись разрушению более 250 многоэтажных домов. Получается, что с одной стороны человечеством был сделан огромный шаг в сторону освоения многолетней мерзлоты. Люди стали жить, работать, учиться в таких условиях, в которых, казалось бы, жить невозможно. А с другой стороны, вмешательство в природу привело к деградации мерзлого грунта, что пошатнуло природный баланс. Спустя десятилетия человечество вынуждено наблюдать, что научные достижения рушатся как карточный домик.
Влияние человека на многолетнюю мерзлоту
К большому сожалению, влияние технических достижений человечества на многолетнюю мерзлоту только пагубное. Здесь и загрязнение окружающей среды, и последствия строительства различных сооружений. Получается, что любое вмешательство человека в природу, нарушает хрупкий баланс и приводит к деградации мерзлых пород.
Влияние многолетней мерзлоты на хозяйственную деятельность человека
Освоение регионов с многолетней мерзлотой началось в тридцатых годах 20 столетия. Ряд трудностей, возникающий при работе в этих регионах, подтолкнул ученых к созданию особых способов ведения хозяйственной деятельности.
Например, строителям пришлось пересмотреть основные правила возведения сооружений, таких как жилые дома, мосты, теплотрассы, дороги. При постройке и эксплуатации жилых домов приходится учитывать тот факт, что при определенных условиях грунт начинает оттаивать, дома проседать и трескаться. Земляные работы очень трудоемки, требуют больших энергетических затрат, это тоже приходится учитывать.
Из-за многолетней мерзлоты очень остро стоит вопрос водоснабжения и обеспечения теплом жилых домов.
Земледелие затруднено из-за заболоченности почвы. Прежде чем приступить к обработке земли и непосредственно к посевам, приходится проводить работы по удалению лишней влаги из грунта.
Хозяйственная деятельность на многолетней мерзлоте
К основным видам хозяйственной деятельности в условиях многолетней мерзлоты можно считать оленеводство, пушной промысел, рыболовство, чуть менее распространено коневодство. Равнинная и горная тундра – это отличные пастбища для оленей, а для крупного рогатого скота подходят луга в долинах рек. Это отличная кормовая база.
С точки зрения добычи природных ископаемых, это своеобразная кладовая природы. Здесь присутствуют уголь, алмазы, газ, никель, золото, медь, олово. К тому же добыча упрощается тем, что мерзлота является прекрасным крепежным материалом при организации шахт.
Вечная мерзлота используется людьми как природный холодильник. В ней сохраняются ягоды, рыба, мясо, фрукты.
Земледелие на вечномерзлом грунте затруднительно, но возможно, оно несет с собой массу трудностей. Распаханная земля более темная, она притягивает тепло, грунт оттаивает, местность покрывается болотами, которые приходится осушать. Но люди постепенно осваивают земли Восточной Сибири, хотя грунт никогда не прогревается, корневая система растений слабая, но при этом людям удается выращивать некоторые овощи и даже овес. С точки зрения плодородия тоже не все гладко. Из-за низких температур почвенный покров образуется очень медленно, гумус практически отсутствует.
Строительство в условиях многолетней мерзлоты
По мнению ведущих архитекторов, строительство возможно при любых климатических условиях, важно лишь учесть особенности грунта и погодных условий. При строительстве в условиях вечной мерзлоты важно соблюсти следующие принципы.
Так как же сохранить целостность вечномерзлого грунта? Можно возводить постройку на подсыпках, используя теплоизоляцию поверхности и грунта. Эффективны также вентилируемые подполья и не отапливаемые первые этажи, сооружение установок для искусственного охлаждения грунтов, свайные фундаменты.
При возведении монолитных сооружений, и при укладке фундамента, используют особые способы работы с бетоном. Также разработали состав бетонных смесей таким образом, что они эффективно застывают и сохраняют свою целостность долгое время в условиях вечной мерзлоты.
Но даже при соблюдении всех технологий строительства зданий, трубопроводов, аэродромов, плотин, дорог, промышленных сооружений приводит к тому, что грунт все же начинает оттаивать. Земля в местах неравномерного оттаивания проседает, постройки рушатся, предотвратить это достаточно сложно. Тем не менее, начиная с тридцатых годов, были возведены такие города как Якутск, Норильск, Мирный.
Заключение
Многолетняя мерзлота – уникальное явление на земле, хотя она так же естественна как пустыни, джунгли или степи, только менее изучена. Исследования в области мерзлотоведения очень необходимы, и они ведутся по сей день. Новые технологии позволяют более детально изучать мерзлый грунт, открывая его новые особенности. И если в начале двадцатого столетия основной целью изучения было эффективное освоения, то сейчас одно из направлений изучения – это предотвращение деградации многолетней мерзлоты. Десятилетия используя природу исключительно для своего обогащения, человечество, наконец-то, пришло к выводу, что сохранение природы гораздо более выгодно и безопасно.
История происхождения
Определение многолетней мерзлоты включает в себя верхнюю часть земной коры (многолетне — мёрзлые породы), которая находится в замёрзшем состоянии при температуре ниже 0 градусов не менее двух лет. Область подземного оледенения ещё называют криолитозоной без периодического оттаивания. Ранее для её обозначения использовался термин «вечная мерзлота».
Условием образования многолетней мерзлоты может быть любой климат, где среднегодовая температура воздуха ниже точки замерзания воды. Бо́льшая часть криолитозоны, существующей сегодня, сформировалась во время холодных ледниковых периодов и сохранилась в течение более тёплых межледниковых периодов, включая голоцен.
Голоцен — это геологическая эпоха, которая началась приблизительно 11 700 лет назад. Некоторая относительно неглубокая мерзлота, от 30 до 70 метров, сформировалась во второй части голоцена (последние 6 тыс. лет), а другая часть во время Малого ледникового периода (от 400 до 150 лет назад).
Последнее максимальное промерзание почвы было 18 000−20 000 лет назад во время последнего ледникового периода. В то время вся северная территория Франции была криолитозоной, а уровень моря находился ниже на 120 метров.
Минимальное замерзание датируется 6 тыс. лет назад во время атлантической фазы, известной как климатический оптимум голоцена. С тех пор, кроме потепления, во время средневекового климатического оптимума, до Малого ледникового периода, лето в северном полушарии похолодало, что привело к тенденции территориального расширения криолитозоны.
Криолитозона занимала гораздо большую площадь в четвертичные ледниковые периоды. На не глубоких участках она сформировались относительно быстро, первые 100 метров почвы могли замёрзнуть всего за несколько сотен лет. Например, за 350 лет холодной погоды почва может замёрзнуть на глубину до 80 метров, но для замерзания до глубины около 220 метров требуется в десять раз больше времени. По оценкам учёных, потребовалось более полумиллиона лет, чтобы мерзлота могла сформироваться под поверхностью почвы на Аляске.
Расположение на земном шаре
География криолитозоны очень обширная. Она присутствует в высоких широтах (полярная и субполярная вечная мерзлота), но также бывает и на больших высотах (субвертикальные стены до 3500 метров над уровнем моря). Как видно по геологическим картам, она покрывает одну пятую поверхности Земли.
Распространённость в северных широтах:
Обычно криолитозона постоянная за пределами 60 градусов широты и более спорадична для альпийской местности. Регионы многолетней мерзлоты низменности традиционно делятся на несколько зон на основе оценки географической непрерывности ландшафта. Наука признаёт следующие виды многолетней мерзлоты:
В северном полушарии районы, мерзлота, занимает приблизительно 25% (23 млн км ²) площади суши. В прерывистых и спорадических зонах распространение является сложным и неоднородным. Её толщина варьируется от менее одного до более 1500 метров. В горах средней и низкой широты её распределение тесно связано с характеристиками поверхности суши:
Подводная криолитозона встречается при температуре около 0 °C на больших площадях арктического континентального шельфа. Континентальный шельф — это расширенный периметр каждого континента и соответствующей прибрежной равнины, который был частью континента во время ледниковых периодов, но находится под водой в межледниковые периоды, такие как текущая эпоха.
Криолитозона является географически непрерывной под свободными ото льда районами антарктического континента, а также под областями, в которых ледяной покров замерзает до своего дна.
Термически она состоит из трёх слоёв:
Постоянная криолитозона может иметь разные характеристики и формы, быть богатой органическими почвами или песчаными и каменистыми, содержать замороженную воду или быть относительно сухой. Она считается как частью криосферы, так и частью геосферы, так как содержит камни и почвы. Её верхняя поверхность, называемая активным слоем, обычно оттаивает и замерзает в зависимости от времени года.
Влияние на окружающую среду
Замерзание почвы изменяет её физические свойства. Это явление важно для циркуляции веществ, которые питают поверхностную растительность и почвенные организмы. В холодных наземных экосистемах таёжного типа, тундре, этот особый круговорот воды регулирует жизнь почвы и влияет на поверхностную жизнь (через корневые функции, микоризу, временные водно-болотные угодья и так далее). Циркуляция воды в мёрзлых грунтах также соответствует медленным и тонким теплообменам, которые могут пробудить грибные или симбиотические бактериальные колонии.
Учёные обнаружили, что из-за глобального потепления скорость оттаивания земли возросла. Это негативно влияет на атмосферу, землю, воду и живых существ. Деградация приземной многолетней мерзлоты оказывает влияние на хозяйственную деятельность и может представлять серьёзную угрозу использованию природных ресурсов и устойчивому развитию арктических сообществ. Почти четыре миллиона человек и 70% современной инфраструктуры находятся в районах с высоким потенциалом оттаивания.
Треть панарктической инфраструктуры и 45% месторождений углеводородов в российской Арктике находятся в регионах, где нестабильность грунта, связанная с оттепелями, может нанести серьёзный ущерб искусственной среде. Многие города, расположенные на криолитозоне, подвергаются угрозе разрушения.
Образования, сохранение или исчезновение криолитозоны очень тесно связаны с изменением климата. Вот почему глобальная сеть исследователей изучает толщу мерзлоты как индикатор глобального потепления на основе опросов, измерений температуры и спутникового мониторинга, инициированных глобальной сетью наземного мониторинга. Быстрая оттепель может значительно увеличить количество парниковых газов, выделяемых замороженными древними растениями и животными.
Недавние изменения
Потепление с конца 1960-х годов наблюдалось в профилях температуры криолитозоны во многих местах. За последние несколько десятилетий температура в целом снизилась в низинах и горах. Исключение составляют некоторые недавно обнажённые осушенные бассейны озёр и расширяющиеся береговые линии.
Оттаивание наблюдалось во многих низменных и горных районах в последние десятилетия — бо́льшая часть доказательств является косвенной и основана на изменениях в лесной и тундровой растительности, различном оседании поверхности земли и потере озёр.
Ежегодное оттаивание в западной части Северной Америки привело к оседанию грунта, появлению впадин, увеличению дренажа озера.
В региональном и глобальном масштабах изменения зональных границ мерзлоты трудно идентифицировать из-за трёхмерных неоднородностей. Деградация криолитозоны и изменения в её распределении связаны с повышенным образованием слоя или тела незамерзшего грунта, возникающего из-за локальной аномалии в термических, гидрологических, гидрогеологических или гидрохимических условиях.
Изменения зональных границ криолитозоны, моделируемых с использованием сценариев изменения климата, обычно основаны на прогнозах увеличения толщины активного слоя и изменений температуры на относительно небольших глубинах.
Тёплая мерзлота разлагается как сверху, так и снизу, увеличивая степень образования талика. Южный предел движется на север нерегулярным образом и регулируется локальными факторами, которые включают торфяник.
Торф представляет собой скопление частично разложившегося растительного вещества. Он образуется на водно-болотных угодьях или торфяниках, которые по-разному называются болотами, мускусами, покозинами, и торфяно-болотными лесами.
Движение «границы» между спорадической и прерывистой зонами мерзлоты во многом определяется развитием и распространённостью открытых таликов. В районах, богатых льдом, южная «граница» зоны непрерывной криолитозоны остаётся относительно стабильной, поскольку её полное исчезновение может занять от веков до тысячелетий, что затрудняет определение географических изменений.
Быстрая прибрежная эрозия, несмотря на то, что она поддерживается штормами и связанной с ними интенсивностью волн, сильно зависит от количества и типа грунтового льда.
Изменения в распределении, предсказываемые моделями, требуют обширной верификации на основе полевого или дистанционного зондирования в течение длительных периодов времени. Мониторинг термического состояния в глобальном масштабе необходим для понимания гидрологических связей, будущих изменений в распределении и для проверки глобальных и региональных моделей.
Ожидается, что изменение климата окажет значительное влияние на надземный и подземный климат. Хотя широко распространённые изменения криолитозоны обычно занимают века, по оценкам учёных, к середине XXI века её площадь в северном полушарии уменьшится на 20−35%. Кроме того, Экологическая программа ООН предполагает, что к 2080 году глубина оттаивания может увеличиться на 30−50%.
Выбросы парниковых газов
Криолитозона хранит огромное количество углерода и метана (вдвое больше углерода, чем содержится в атмосфере). Ожидается, что в условиях потепления эти газы будут выделяться. Этот процесс уже начался в некоторых частях мира, включая Западную Сибирь, и ожидается, что он серьёзно возрастёт к 2020 году.
Треть почвенного углерода Земли содержится в арктической тундровой почве, хранящейся в замороженном органическом веществе. Если высокие северные широты значительно нагреваются, мерзлота оттаивает, позволяя органическому веществу разлагаться. Разложение выпустит углерод в атмосферу. Это уже происходит в активном слое каждое лето.
В нормальных климатических условиях почва остаётся достаточно холодной, чтобы разложение было очень медленным. Но по мере повышения температуры воздуха и прогрева земли этот процесс ускорится. Некоторые полагают, что арктическая тундра может превратиться из поглотителя углерода в источник углерода к середине 2020-х годов.
Исследователи подсчитали: к 2200 году 60% мерзлоты Северного полушария, вероятно, растает, что может привести к выбросу в атмосферу около 190 миллиардов тонн углерода. Это количество составляет около половины всего углерода, выпущенного в индустриальную эпоху. Влияние этого на скорость атмосферного потепления может быть необратимым.
Сценарий бедствия
Когда атмосфера прогревается, мерзлота тает, выделяя парниковый газ, который дополнительно нагревает атмосферу. В настоящее время климатические модели не учитывают воздействия метана, выделяющегося при таянии криолитозоны, что означает: даже самые экстремальные сценарии потепления, могут быть недостаточно экстремальными. Скачок концентрации метана в атмосфере может спровоцировать катастрофическое глобальное потепление.
На Земле уже происходило массовое выделение метана: палеоценовый эоценовый тепловой максимум. Исследования, посвящённые этому периоду времени, показывают, что в атмосферу было выброшено большое количество метана. Но потепление, которое происходит из-за антропогенного изменения климата, является беспрецедентным по своей скорости — сегодня мир нагревается в десять раз быстрее, чем тогда. По этой причине трудно исключить любой сценарий глобального потепления.