Yenilikler | Permafrost: Başka Bir Pandora'nın Kutusu mu?
Hayatta Kalmamızın "Küçük Kırılması" Yüz milyonlarca yıllık evrimin ardından, geniş bir topografyaya ve zengin doğal kaynaklara sahiptir.İnsanın hayatta kalması ve gelişmesi buna bağlıdır; farklı yerlerin güzel manzarası da insanın manevi dünyasına renk katmaktadır. Yeryüzünde bir tür jeolojik yapı vardır, karmaşadan uzak, ulaşılmaz, uzak ve ıssızdır, ancak son yıllarda giderek daha fazla ilgi görmüştür, "permafrost" dur.
Permafrost nedir?
Sözde permafrost (permafrost) , Uzun yıllar donmuş olan toprak ve kaya tabakasını ifade eder. Tipik bir permafrost Şekil 1'de gösterilmektedir: Yüzeyde bir miktar malç (toprak veya biraz bitki örtüsü) vardır.Bu tabaka genellikle mevsimsel olarak erir ve donar ve sıcaklık daha şiddetli değişir, bu nedenle aktif tabaka olarak adlandırılır (Şekil 1, 2). Bunun altında yıllarca donmuş kaya veya toprak (Şekil 1'deki beyaz-gri kısım), yani permafrost vardır.Sıcaklıkları nispeten sabittir ve 0 derecenin altında tutulur. Bu nedenle, çoğu insan yerde dururken donmuş toprakları göremez. Kuzey yarımküredeki toprakların yaklaşık% 24'ünü oluşturan donmuş toprak alanı sadece kutup bölgelerinde değil, aynı zamanda yüksek dağlar gibi yüksek rakımlı bölgelerde (Çin'deki Qinghai-Tibet Platosu gibi).
Şekil 1. (Sol) Kutup bölgesinde tipik bir permafrost tabakası (Norveç'ten) JeffVanuga / Getty'den bir resim. (Sağ taraf) Kışın ve yazın donmuş toprak ve aktif katmanların dikey sıcaklığı.
Donmuş toprak tabakasının kalınlığı, yüksek enlemden düşük enleme doğru kademeli olarak azalır. Ve hatta tamamen kaybolur. Örneğin, Kuzey Kutbu'ndaki permafrostun kalınlığı 100-1000 metreye ulaşır (Şekil 2). Permafrostun üst yüzeyi yere yakındır. Yavaş yavaş güneye doğru, permafrostun kalınlığı 100m'nin altına düşer ve permafrostun üst yüzeyi derinleşir. Yaklaşık 48 ° kuzey enlemi, permafrostun güney sınırıdır ve donmuş toprağın kalınlığı sadece 1-2 metredir. Bu sınırın ötesinde, sürekli bir tundradan kesintili bir tundraya geçiş yapacaktır (Şekil 2). Sonuncusu, adada donmuş toprak blokları olarak adlandırılan birçok dağınık donmuş toprak bloğundan oluşur (Şekil 2).
Şekil 2. Permafrostun yüksek enlemden (sol) düşük enleme (sağ) doğru değişimlerinin şematik diyagramı.
Küresel değişim altında permafrost
Permafrost, son yıllarda çok fazla ilgi ve dikkat çekti Her şeyden önce, yüzey sıcaklığı Kuzey Yarımküre'nin Arktik ve yüksek enlem kara bölgelerinde çok keskin bir şekilde yükseldiğinden, bu fenomen genellikle "Arktik büyütme" fenomeni olarak adlandırılır. Küresel yüzey sıcaklığının uzun vadeli trend haritasından (Şekil 3), en hızlı küresel sıcaklık artışına sahip bölgelerin Arktik ve kuzey yarımküre topraklarında olduğu çok açıktır. Ortalama olarak, Arktik sıcaklık eğilimi küresel ortalama eğilimin iki katıdır! "Arktik büyütme" olgusunun neden ortaya çıktığı hala bir sınır araştırma konusudur. Bununla birlikte, kara ısınma hızı okyanusunkinden daha yoğundur: Arazinin özgül ısı kapasitesi okyanusunkinden daha küçüktür ve aynı miktarda güneş enerjisi altında arazi daha yoğun bir şekilde ısınır.
Şekil 3.1. Küresel yüzey sıcaklığı artışı 970'ten 2018'e.
Yüzey sıcaklığının dünyanın en hızlı yükseldiği alan, permafrostun esas olarak dağıldığı alandır! Küresel ısınmanın sürüklediği permafrost da ısınıyor! Şekil 4, son on yılda Kuzey Kutbu bölgesindeki sürekli donmuş toprak ve alpin donmuş toprağın sıcaklık değişimlerini göstermektedir. Sadece 10 yıl içinde Kuzey Kutbu'ndaki permafrostun sıcaklığının yaklaşık 0,4 santigrat derece arttığı; dağlardaki permafrostun sıcaklığının yaklaşık 0,2 santigrat derece arttığı görülebilir. Karşılaştırıldığında, küresel ortalama yüzey sıcaklığı son 10 yılda yalnızca yaklaşık 0,15 Santigrat derece artmıştır.
Şekil 4. Arktik bölgesinde (üstte) sürekli donmuş toprağın ve son on yılda donmuş alp toprağının (altta) sıcaklık değişimleri. Biskabornet al. 2019'dan resim.
Permafrost: Başka bir Pandora'nın Kutusu?
Donmuş toprak, buzullar ve buzullar dünyanın "buzdolabına" eşdeğerdir : Tıpkı evdeki buzdolabının düşük sıcaklığı gibi, gıda gibi organik maddelerin saklama süresi daha uzundur, bu nedenle hayvan kalıntıları, bitkiler, mikroorganizmalar vb. Dahil olmak üzere çok sayıda organizma permafrostta "donar". Aksine, iki kutbun buz örtüleri tarafından mühürlenmiş çok az şey vardır, çünkü kutup bölgelerinde çok az canlı yaşayabilir ve kuzey ve güney kutuplarının çoğu bölgesi insansız ve cansız alanlardır. Donmuş zemin erirse, içine kapatılan şeylerin serbest kalacağı düşünülebilir! Peki, bu bir "hazine kutusu" mu yoksa "Pandora'nın kutusu" mu açacak? ? Ne yazık ki, yüksek olasılık ikincisidir:
1. Sera gazlarını serbest bırakın ve küresel ısınmayı şiddetlendirin. Çoğu permafrost organik madde bakımından zengindir (hayvanların ve bitkilerin üst katmanları öldükten sonra uzun süre toprağın altına gömülmüştür) Donma, donmuş topraktaki organik maddenin ayrışmasını yavaşlatabilir (buzdolabında sebze ve etin yavaş yok olmasına bakın). Donmuş topraktaki karbon içeriğinin atmosferdekinin iki katı, yaklaşık 1,6 trilyon ton olduğu tahmin edilmektedir. Bununla birlikte, sıcaklık yükselir ve permafrost erirse, mikroorganizmalar maruz kalan organik maddeyi hızla ayrıştıracak ve küresel iklim değişikliğini hızlandıracak olan karbondioksit, metan, nitrik oksit vb. Sera gazlarını serbest bırakacaktır (Schuuret diğerleri 2015; Biskaborn ve diğerleri 2019) ). Özellikle metan, atmosferde az miktarda bulunmasına ve kısa ömürlü bir sera gazı olmasına rağmen (atmosferde neredeyse kimyasal olarak on yıl içinde reaksiyona girer; aksine, karbondioksit atmosfere salındığında binlerce yıl kalabilir), Ancak metanın sera etkisi karbondioksitin 30 katıdır! ! Büyük miktarda metan salınımı, kısa vadede küresel sıcaklığı önemli ölçüde artırabilir. Dahası, bu olumlu bir geri bildirimdir (permafrost karbon geri bildirimi): permafrost eriyor > Sera gazlarının salınımı > Küresel ısınmanın artması > Permafrost eriyor! "Pandora'nın Kutusu" açıldıktan sonra kapanmayacak!
2. Arazinin istikrarını yok edin ve üstyapı ve tesisleri yok edin. Kutup bölgelerine yakın bölgelerde ve alçak ve orta enlemlerde yüksek dağlarda yol, ev gibi birçok tesis donmuş toprak üzerine inşa edilmiştir. Dünya çapında yaklaşık 3,5 milyon insanın donmuş toprakta veya komşu bölgelerde yaşadığı tahmin edilmektedir. Donmuş toprak kısmen erimeye başladığında, üst toprak çok dengesiz hale gelir ve toprak kayması gibi jeolojik felaketler kaçınılmaz olarak üzerine inşa edilen tesisleri hızlandıracak ve yok edecektir. Şekil 5, küçük bir Kanada kasabasında dengesiz araziden zarar gören bir yolu göstermektedir. Kararsız permafrosttan etkilenen alanlar arasında Rusya, Alaska, Norveç, Çin'in plato alanları (Tibet Platosu) ve benzeri yer alır.
Şekil 5. Permafrostun erimesi, üzerindeki yola zarar verir
(Resim Yellowknife.RyersonClark / iStock'dan alınmıştır).
3. İçerdiği çeşitli kirleticileri ve mikroorganizmaları serbest bırakın. Bazı bilimkurgu ve korku filmlerinin her zaman böyle bir senaryosu vardır: Derinden gömülü ve yalıtılmış bir dünyada, eski zamanlardan kalma canavarlar vardır ve bir nozuo no die insanı yanlışlıkla bu canavarları serbest bırakır ve sonra canavarlar büyümeye başlar. Öldürme (ps gibi filmlerde sahneyi kurtarmak için her zaman bilge bilim adamları vardır). Gerçek durum kesinlikle o kadar korkutucu değil, aynı zamanda yeterince korkutucu. GRL'de yayınlanan yeni bir araştırma, kuzey yarımküredeki donmuş toprakta 1,5 milyon galondan fazla cıva depoladığını gösterdi: bu miktar, atmosferdeki, okyanuslardaki ve diğer topraklardaki toplam cıva içeriğinin iki katıdır (Schuster ve diğerleri 2018)! Permafrostun ablasyonu, bu cıvanın salınmasına neden olacak, küresel organizmaları ve insanları tehdit edecek ve küresel permafrostun son birkaç on yılda cıva saldığı gözlemlendi.
Permafrost izleme ve simülasyon: hazır mısınız?
Donmuş toprak dağılım alanları temelde çorak ve ilkel yerler olduğundan, ortam serttir ve toprağa gömülüdür, bu nedenle insanlar hala çok az şey biliyor. Şu anda, yalnızca sınırlı saha gözlemlerine güvenebiliyoruz ve permafrost için kapsamlı bir gözlem sistemi yok. Bu nedenle, küresel donmuş toprağın nasıl değiştiğinden (büyük ölçekli yer altı gözlemleri gerektirir) ve ne kadar karbon salındığından (toprak ve atmosfer arasında) hala emin değiliz. Akıların gözlenmesi, donmuş toprak eridikten sonra yüzey akışı ile taşınan malzemelerin gözlemlenmesi)? Permafrostun bilgisayar simülasyonu seviyesi de düşüktür: mevcut ana akım iklim ve toprak sistemi modelleri, permafrost simülasyonunu içermediğinden, küresel değişikliklerle nasıl etkileşime girdiği tam olarak açık değildir. Tüm bunlar, donmuş toprak değişikliklerinin gözlemsel gerçeklerini, mekanizmalarını, etkilerini ve müdahale araştırmalarını sınırlar.
IPCC-AR52013'te piyasaya sürüldü (Uluslararası Hükümetlerarası İklim Değişikliği Beşinci Değerlendirme Raporu Paneli) Kullanılan iklim modellerinin tümü dikkate alınmaz Donmuş topraktan karbon salınımı ve bunun sonucunda ortaya çıkan olumlu geri bildirim (Schaefer ve ark. 2014)! Son yıllarda bazı modeller donmuş toprağın çözülmesini ve karbon salınımını düşünmeye başladı (model, donmuş toprağın üst katmandan yavaş yavaş eriyeceğini ve biyokütlenin aşamalı olarak ayrışacağını ve sera gazlarını serbest bırakacağını varsayıyor) ve önümüzdeki 300 yıl içinde donmuş toprağın erimesinin karbon salınımına neden olacağını öngörüyor. Yaklaşık 200 milyar ton (200 GtC'ye eşdeğer) (McGuire ve diğerleri 2018, PNAS). Bununla birlikte, Nature'da yeni yayınlanan Yorum makalesi yorum yapmak için çıktı: Birçok donmuş toprak bölgesinde (tüm donmuş toprak bölgelerinin yaklaşık% 20'si), donmuş toprak üst zemin yapısını desteklediğinden, bunlar erimeye başladığında yeryüzü şeklinin çökmesine neden olacaktır. , Doğrusal olmayan mutasyonlara neden olmak, donmuş toprak alanının tamamını veya çoğunu eritmek. Bu hassas bölgelerdeki hızlı ani değişiklikler göz önüne alındığında, önümüzdeki 300 yıl içinde donmuş toprağın erimesi nedeniyle ortaya çıkan karbon salınımı, önceden tahmin edilenden% 50 daha fazla olacaktır. Aynı zamanda, bu alanlarda salınan metan miktarının daha fazla olduğunu düşünürseniz, permafrost ablasyonunun etkisi önceden tahmin edilenden iki kat daha fazla olabilir (McGuire ve diğerleri 2018) (Turetsky ve diğerleri 2019)! !
1990'lardan bu yana, birçok uluslararası kuruluş küresel bir karasal donmuş toprak gözlem programı oluşturmuştur. (Küresel Karasal Network for Permafrost, GTN-P), amaç, permafrost için küresel bir gözlem ağı kurmaktır.İki ana gözlem değişkeni vardır: biri, permafrostun sıcaklığıdır (Permafrost'un Termal Durumu, TSP), ki bu da esasen yeraltına çarpmaktadır. Sondaj izleme; diğeri Aktif Katman Kalınlığı (ALT): aktif katmanın derinleşmesi donmuş toprak katmanının eridiğini ve küçüldüğünü gösterir. Şu anda, GTN-P'ye dahil edilen istasyonlar Şekil 6'da gösterilmektedir. Halen çok az sayıda olduğu görülebilir: şu anda veri tabanında sadece 860 istasyon donmuş toprak sıcaklığını gözlemleyebiliyor ve 200 istasyonda aktif katmanların derin gözlemleri var.
Şekil 6. Küresel Karasal Permafrost Ağı'nın (GTN-P) uzun vadeli donmuş toprak sıcaklığı izleme istasyonlarının dağılımı (kırmızı noktalar, 10 metreden daha derin gözlem istasyonları ve yeşil, 10 metreden daha sığ istasyonlardır); Küresel donmuş toprağın dağılımını karşılaştırın (mavi gölgeli alan): koyu mavi sürekli donmuş topraktır, açık mavi süreksizdir ve bir kısmı dağınık ve izole donmuş topraktır.
Önümüzdeki yol uzun ama yine de çok çalışmamız gerekiyor! Dünya gözlemi yapan tüm bilimsel araştırmacılara saygılarını sunmak için burada, sıkı çalışmanız ve zorluklarınız bilimsel ilerlemeyi teşvik etti! Sri Lanka'daki patlamada hayatını kaybeden 4 kahraman deniz bilimcisine özel bir hediye!
Yazar Cheng Lijing, Yardımcı Araştırmacı, Atmosfer Fiziği Enstitüsü, Çin Bilimler Akademisi
Kaynak: Çin Bilimler Akademisi Pekin Şubesi
İpuçları: Yakın zamanda WeChat resmi hesap bilgi akışı revize edildi. Her kullanıcı, büyük kartlar şeklinde görüntülenecek olan sık okuma abonelik numaralarını ayarlayabilir. Bu nedenle, "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" makalesini kaçırmak istemiyorsanız, şunları yapmalısınız: "Çin Bilimler Akademisinin Sesi" genel hesabına girin sağ üst köşedeki menüyü tıklayın "Yıldız Olarak Ayarla" yı seçin
