Permafrost - Permafrost

Permafrost
Mapa Circum-Ártico das Condições do Permafrost e do Gelo Terrestre.png
Mapa mostrando a extensão e os tipos de permafrost no hemisfério norte
Usado em Associação Internacional de Permafrost
Clima Altas latitudes, regiões alpinas
Ruptura da encosta do solo permafrost, revelando lentes de gelo .

O permafrost é um solo que permanece continuamente abaixo de 0 ° C (32 ° F) por dois ou mais anos, localizado em terra ou sob o oceano . O permafrost não precisa ser a primeira camada no solo. Pode ser de uma polegada a vários quilômetros de profundidade sob a superfície da Terra. Alguns dos locais de permafrost mais comuns estão no hemisfério norte. Cerca de 15% do hemisfério norte ou 11% da superfície global é coberto por permafrost, incluindo áreas substanciais do Alasca , Groenlândia , Canadá e Sibéria . Ele também pode estar localizado no topo de montanhas no hemisfério sul e abaixo de áreas sem gelo na Antártica . O permafrost freqüentemente ocorre em gelo moído, mas também pode estar presente em rochas não porosas. O permafrost é formado por gelo que mantém vários tipos de solo, areia e rocha combinados.

O permafrost freqüentemente contém grandes quantidades de biomassa e biomassa decomposta que foi armazenada como metano e dióxido de carbono no permafrost, tornando o solo da tundra um sumidouro de carbono . À medida que o aquecimento global aquece o ecossistema e provoca o degelo do solo, o ciclo do carbono do permafrost acelera e libera na atmosfera muitos desses gases de efeito estufa contidos no solo, criando um ciclo de feedback que aumenta as mudanças climáticas.

Estudo do permafrost

Limite sul do permafrost na Eurásia de acordo com Karl Ernst von Baer (1843), e outros autores.

Em contraste com a relativa escassez de relatórios sobre solo congelado na América do Norte antes da Segunda Guerra Mundial, uma vasta literatura sobre a ciência básica do permafrost e os aspectos de engenharia do permafrost estava disponível em russo. Alguns autores russos relacionam a pesquisa do permafrost com o nome Alexander von Middendorff (1815–1894). No entanto, os cientistas russos também perceberam que Karl Ernst von Baer deve receber o atributo "fundador da pesquisa científica do permafrost". Em 1843, o estudo original de Baer “materiais para o estudo do gelo permanente” estava pronto para ser impresso. O estudo detalhado de Baer consiste em 218 páginas e foi escrito na língua alemã, visto que ele era um cientista alemão báltico. Ele lecionava na Universidade de Königsberg e tornou-se membro da Academia de Ciências de São Petersburgo . O primeiro livro de permafrost do mundo foi concebido como uma obra completa e pronto para impressão em 1843. Mas permaneceu perdido por cerca de 150 anos. No entanto, a partir de 1838, Baer publicou várias publicações individuais sobre permafrost. A Academia Russa de Ciências homenageou Baer com a publicação de uma tradução provisória de seu estudo para o russo em 1942.

Esses fatos foram completamente esquecidos após a Segunda Guerra Mundial . Assim, em 2001, a descoberta do texto datilografado de 1843 nos arquivos da biblioteca da Universidade de Giessen e sua publicação anotada foi uma sensação científica. O texto completo da obra original de Baer está disponível online (234 páginas). O editor adicionou ao fac - símile um prefácio em inglês, dois mapas coloridos do permafrost da Eurásia e algumas figuras de características do permafrost. O texto de Baer é apresentado com comentários detalhados e referências em 66 páginas adicionais escritas pelo historiador estoniano Erki Tammiksaar. A obra é fascinante de ler, porque tanto as observações de Baer sobre a distribuição do permafrost quanto suas descrições morfológicas periglaciais ainda estão corretas hoje. Com sua compilação e análise de todos os dados disponíveis sobre gelo terrestre e permafrost, Baer lançou as bases para a terminologia moderna de permafrost. O limite sul do permafrost de Baer na Eurásia, desenhado em 1843, corresponde bem ao limite sul real no Mapa Circum-Ártico das Condições do Permafrost e do Gelo Terrestre da International Permafrost Association (editado por J. Brown et al.).

Começando em 1942, Siemon William Muller investigou a literatura russa relevante mantida pela Biblioteca do Congresso e pela Biblioteca de Pesquisa Geológica dos EUA para que pudesse fornecer ao governo um guia de campo de engenharia e um relatório técnico sobre permafrost em 1943 ", o ano no qual ele cunhou o termo como uma contração de solo permanentemente congelado. Embora originalmente classificado (como Exército dos EUA. Escritório do Chefe de Engenheiros, Estudo de Engenharia Estratégica , no. 62, 1943), em 1947 um relatório revisado foi divulgado publicamente, que é considerado o primeiro tratado norte-americano sobre o assunto.

Classificação e extensão

Linhas vermelhas: extremos sazonais de temperatura (pontilhada = média).

Permafrost é solo , rocha ou sedimento que está congelado por mais de dois anos consecutivos. Em áreas não cobertas por gelo, ele existe sob uma camada de solo, rocha ou sedimento, que congela e descongela anualmente e é chamada de "camada ativa". Na prática, isso significa que o permafrost ocorre a uma temperatura média anual de -2 ° C (28,4 ° F) ou abaixo. A espessura da camada ativa varia com a estação, mas tem 0,3 a 4 metros de espessura (rasa ao longo da costa ártica; no sul da Sibéria e no planalto Qinghai-Tibetano ).

A extensão do permafrost é exibida em termos de zonas de permafrost, que são definidas de acordo com a área coberta pelo permafrost como contínua (90% –100%), descontínua (50% –90%), esporádica (10% –50%), e manchas isoladas (10% ou menos). Essas zonas de permafrost cobrem juntas aproximadamente 22% do hemisfério norte. A zona de permafrost contínuo cobre um pouco mais da metade desta área, permafrost descontínuo em torno de 20 por cento e permafrost esporádico junto com manchas isoladas de pouco menos de 30 por cento. Como as zonas de permafrost não são inteiramente sustentadas por permafrost, apenas 15% da área livre de gelo do Hemisfério Norte é realmente sustentada por permafrost. A maior parte dessa área é encontrada na Sibéria, norte do Canadá, Alasca e Groenlândia. Abaixo da camada ativa, as oscilações anuais de temperatura do permafrost tornam-se menores com a profundidade. A profundidade mais profunda do permafrost ocorre onde o calor geotérmico mantém uma temperatura acima de zero. Acima desse limite inferior pode haver permafrost com uma temperatura anual consistente - "permafrost isotérmico".

Continuidade de cobertura

O permafrost normalmente se forma em qualquer clima onde a temperatura média anual do ar seja inferior ao ponto de congelamento da água . As exceções são encontradas em florestas boreais úmidas, como no norte da Escandinávia e na parte nordeste da Rússia europeia a oeste dos Urais , onde a neve atua como um cobertor isolante. Áreas glaciais também podem ser exceções. Uma vez que todas as geleiras são aquecidas em sua base pelo calor geotérmico, as geleiras temperadas , que estão próximas do ponto de fusão sob pressão , podem ter água líquida na interface com o solo e, portanto, estão livres do permafrost subjacente. Anomalias de frio "fóssil" no gradiente geotérmico em áreas onde o permafrost profundo se desenvolveu durante o Pleistoceno persistem até várias centenas de metros. Isso é evidente nas medições de temperatura em furos de sondagem na América do Norte e na Europa.

Permafrost descontínuo

A temperatura abaixo do solo varia menos de estação para estação do que a temperatura do ar, com as temperaturas médias anuais tendendo a aumentar com a profundidade como resultado do gradiente geotérmico da crosta terrestre. Assim, se a temperatura média anual do ar for apenas ligeiramente abaixo de 0 ° C (32 ° F), o permafrost se formará apenas em pontos que são abrigados - geralmente com um aspecto norte ou sul (nos hemisférios norte e sul, respectivamente) - criando um permafrost descontínuo . Normalmente, o permafrost permanecerá descontínuo em um clima onde a temperatura média anual da superfície do solo está entre −5 e 0 ° C (23 e 32 ° F). Nas áreas úmidas de inverno mencionadas antes, pode não haver mesmo permafrost descontínuo abaixo de -2 ° C (28 ° F). O permafrost descontínuo é frequentemente dividido em extenso permafrost descontínuo , onde o permafrost cobre entre 50 e 90 por cento da paisagem e é geralmente encontrado em áreas com temperaturas médias anuais entre -2 e -4 ° C (28 e 25 ° F), e esporádico permafrost , onde a cobertura do permafrost é inferior a 50 por cento da paisagem e normalmente ocorre em temperaturas médias anuais entre 0 e -2 ° C (32 e 28 ° F). Na ciência do solo, a zona permafrost esporádica é abreviada como SPZ e a extensa zona permafrost descontínua DPZ . As exceções ocorrem na Sibéria sem glaciação e no Alasca, onde a profundidade atual do permafrost é uma relíquia das condições climáticas durante as idades glaciais, onde os invernos eram até 11 ° C (20 ° F) mais frios do que os de hoje.

Permafrost contínuo

Extensão estimada do permafrost alpino por região
Localidade Área
Planalto Qinghai-Tibete 1.300.000 km 2 (500.000 sq mi)
Khangai - Montanhas Altai 1.000.000 km 2 (390.000 sq mi)
Cordilheira Brooks 263.000 km 2 (102.000 sq mi)
Montanhas siberianas 255.000 km 2 (98.000 sq mi)
Groenlândia 251.000 km 2 (97.000 sq mi)
Montes Urais 125.000 km 2 (48.000 sq mi)
Andes 100.000 km 2 (39.000 sq mi)
Montanhas Rochosas (EUA e Canadá) 100.000 km 2 (39.000 sq mi)
Montanhas Fennoscandian 75.000 km 2 (29.000 sq mi)
Restante <100.000 km 2 (39.000 sq mi)

Em temperaturas médias anuais da superfície do solo abaixo de -5 ° C (23 ° F), a influência do aspecto nunca pode ser suficiente para descongelar o permafrost e uma zona de permafrost contínuo (abreviado para CPZ ) se forma. Uma linha de permafrost contínuo no hemisfério norte representa a fronteira mais meridional, onde a terra é coberta por permafrost contínuo ou gelo glacial. A linha de permafrost contínua varia ao redor do mundo em direção ao norte ou ao sul devido às mudanças climáticas regionais. No hemisfério sul , a maior parte da linha equivalente cairia no Oceano Antártico se houvesse terra lá. A maior parte do continente Antártico é coberta por geleiras, sob as quais grande parte do terreno está sujeito ao derretimento basal . As terras expostas da Antártica estão substancialmente cobertas por permafrost, alguns dos quais estão sujeitos ao aquecimento e degelo ao longo da costa.

Permafrost alpino

O permafrost alpino ocorre em elevações com temperaturas médias baixas o suficiente para sustentar solo perenemente congelado; muito permafrost alpino é descontínuo. As estimativas da área total do permafrost alpino variam. Bockheim e Munroe combinaram três fontes e fizeram as estimativas tabuladas por região, totalizando 3.560.000 km 2 (1.370.000 sq mi).

O permafrost alpino nos Andes não foi mapeado. Sua extensão foi modelada para avaliar a quantidade de água acumulada nessas áreas. Em 2009, um pesquisador do Alasca encontrou permafrost no nível de 4.700 m (15.400 pés) no pico mais alto da África, o Monte Kilimanjaro , aproximadamente 3 ° ao sul do equador.

Permafrost submarino

O permafrost submarino ocorre abaixo do fundo do mar e existe nas plataformas continentais das regiões polares. Essas áreas se formaram durante a última idade do gelo, quando uma porção maior da água da Terra foi aglomerada em mantos de gelo na terra e quando o nível do mar estava baixo. À medida que os mantos de gelo derretiam para se tornar novamente água do mar, o permafrost tornou-se prateleiras submersas sob condições de limite relativamente quentes e salgadas, em comparação com o permafrost da superfície. Portanto, o permafrost submarino existe em condições que levam à sua diminuição. De acordo com Osterkamp, ​​o permafrost submarino é um fator no "projeto, construção e operação de instalações costeiras, estruturas fundadas no fundo do mar, ilhas artificiais, dutos submarinos e poços perfurados para exploração e produção." Ele também contém hidratos de gás em alguns lugares, que são uma "fonte potencial abundante de energia", mas também podem desestabilizar à medida que o permafrost submarino aquece e descongela, produzindo grandes quantidades de gás metano, que é um potente gás de efeito estufa.

Manifestações

Tempo necessário para o permafrost atingir a profundidade em Prudhoe Bay, Alasca
Tempo (ano) Profundidade do permafrost
1 4,44 m (14,6 pés)
350 79,9 m (262 pés)
3.500 219,3 m (719 pés)
35.000 461,4 m (1.514 pés)
100.000 567,8 m (1.863 pés)
225.000 626,5 m (2.055 pés)
775.000 687,7 m (2.256 pés)

Profundidade da base

O permafrost se estende até uma base profunda onde o calor geotérmico da Terra e a temperatura média anual na superfície atingem uma temperatura de equilíbrio de 0 ° C. A profundidade da base do permafrost chega a 1.493 m (4.898 pés) nas bacias do norte dos rios Lena e Yana, na Sibéria . O gradiente geotérmico é a taxa de aumento da temperatura em relação ao aumento da profundidade no interior da Terra . Longe dos limites das placas tectônicas, é cerca de 25-30 ° C / km (124-139 ° F / mi) próximo à superfície na maior parte do mundo. Ele varia com a condutividade térmica do material geológico e é menor para o permafrost no solo do que na rocha.

Os cálculos indicam que o tempo necessário para formar o profundo permafrost subjacente à Baía de Prudhoe, no Alasca, foi de mais de meio milhão de anos. Isso se estendeu por vários ciclos glaciais e interglaciais do Pleistoceno e sugere que o clima atual de Prudhoe Bay é provavelmente consideravelmente mais quente do que tem sido em média durante esse período. Esse aquecimento nos últimos 15.000 anos é amplamente aceito. A tabela à direita mostra que os primeiros cem metros de permafrost se formam com relativa rapidez, mas os níveis mais profundos demoram progressivamente mais.

Gelo terrestre maciço

Grande exposição de gelo terrestre azul na costa norte da Ilha Herschel, Yukon, Canadá.

Quando o conteúdo de gelo de um permafrost excede 250 por cento (gelo para solo seco por massa), é classificado como gelo maciço . Massas massas de gelo podem variar em composição, em todas as gradações concebíveis, de lama gelada a gelo puro. Os leitos de gelo maciços têm uma espessura mínima de pelo menos 2 me um diâmetro curto de pelo menos 10 m. As primeiras observações registradas na América do Norte foram feitas por cientistas europeus em Canning River, Alasca, em 1919. A literatura russa fornece uma data anterior de 1735 e 1739 durante a Grande Expedição do Norte por P. Lassinius e Kh. P. Laptev, respectivamente. Duas categorias de gelo terrestre maciço são gelo de superfície enterrado e gelo intrasedimental (também chamado de gelo constitucional ).

O gelo de superfície enterrado pode derivar de neve, lago congelado ou gelo marinho, aufeis (gelo de rio encalhado) e - provavelmente o mais comum - gelo glacial enterrado.

O gelo intrasedimental se forma por congelamento local de águas subterrâneas e é dominado por gelo segregacional que resulta da diferenciação de cristalização que ocorre durante o congelamento de sedimentos úmidos, acompanhado pela migração da água para a frente de congelamento.

O gelo intrasedimental ou constitucional foi amplamente observado e estudado em todo o Canadá e também inclui gelo intrusivo e injetável.

Além disso, as fatias de gelo - um tipo separado de gelo no solo - produzem solo com padrões reconhecíveis ou polígonos de tundra. Cunhas de gelo se formam em um substrato geológico pré-existente e foram descritas pela primeira vez em 1919.

Vários tipos de gelo terrestre maciço, incluindo cunhas de gelo e gelo intrasedimental dentro da parede do penhasco de uma queda retrógrada de degelo localizada na costa sul da Ilha Herschel dentro de uma parede frontal de aproximadamente 22 metros (72 pés) por 1.300 metros (4.300 pés).

Landforms

Os processos permafrost se manifestam em formas terrestres de grande escala, como palsas e pingos, e fenômenos de menor escala, como solo padronizado encontrado em áreas árticas, periglaciais e alpinas.

Ciclo do carbono no permafrost

O ciclo do carbono do permafrost (Arctic Carbon Cycle) lida com a transferência de carbono dos solos do permafrost para a vegetação terrestre e micróbios, para a atmosfera, de volta à vegetação e, finalmente, de volta aos solos do permafrost por meio de soterramento e sedimentação devido a processos criogênicos. Parte desse carbono é transferido para o oceano e outras partes do globo por meio do ciclo global do carbono. O ciclo inclui a troca de dióxido de carbono e metano entre os componentes terrestres e a atmosfera, bem como a transferência de carbono entre a terra e água como o metano, o carbono orgânico dissolvido , carbono inorgânico dissolvido , carbono inorgânico em partículas e de carbono orgânico em partículas .

Efeitos da mudança climática

O permafrost ártico vem diminuindo há muitos séculos. A consequência é o degelo do solo, que pode ser mais fraco, e a liberação de metano, que contribui para um aumento da taxa de aquecimento global como parte de um ciclo de feedback causado pela decomposição microbiana. As áreas úmidas que secam com a drenagem ou evaporação comprometem a capacidade de sobrevivência de plantas e animais. Quando o permafrost continuar a diminuir, muitos cenários de mudanças climáticas serão ampliados. Em áreas onde o permafrost é alto, a infraestrutura cercada pode ser severamente danificada pelo degelo do permafrost.

Mudanças históricas

Permafrost ártico recentemente descongelado e erosão costeira no Mar de Beaufort, Oceano Ártico, perto de Point Lonely, Alasca em 2013.

No Último Máximo Glacial , o permafrost contínuo cobriu uma área muito maior do que hoje, cobrindo toda a Europa sem gelo ao sul até cerca de Szeged (sudeste da Hungria) e o Mar de Azov (então terra seca) e leste da Ásia ao sul até o presente- dia Changchun e Abashiri . Na América do Norte , apenas um cinturão extremamente estreito de permafrost existia ao sul do manto de gelo mais ou menos na latitude de New Jersey através do sul de Iowa e norte do Missouri , mas o permafrost era mais extenso nas regiões ocidentais mais secas, onde se estendia até a fronteira sul de Idaho e Oregon . No hemisfério sul, há alguma evidência de permafrost anterior desse período no centro de Otago e na Patagônia Argentina , mas provavelmente foi descontínuo e está relacionado à tundra. O permafrost alpino também ocorreu em Drakensberg durante máximos glaciais acima de cerca de 3.000 metros (9.840 pés).

Descongelamento

Por definição, o permafrost é um solo que permanece congelado por dois ou mais anos. O solo pode consistir em muitos materiais de substrato, incluindo rocha, sedimentos, matéria orgânica, água ou gelo. Solo congelado é aquele que está abaixo do ponto de congelamento da água, estando ou não presente água no substrato. O gelo moído nem sempre está presente, como pode ser o caso com rochas não porosas, mas ocorre com frequência e pode estar presente em quantidades que excedem a saturação hidráulica potencial do substrato descongelado.

Durante o degelo, o conteúdo de gelo do solo derrete e, conforme a água drena ou evapora, faz com que a estrutura do solo enfraqueça e às vezes se torne viscosa até que recupere a força com a diminuição do conteúdo de umidade. O descongelamento também pode influenciar a taxa de variação dos gases do solo com a atmosfera. Um sinal visível de degradação do permafrost é o deslocamento aleatório das árvores de sua orientação vertical nas áreas do permafrost.

Efeito na estabilidade do declive

Ao longo do século passado, foi registrado um número crescente de eventos de falha em taludes de rocha alpina em cadeias de montanhas ao redor do mundo. Espera-se que o alto número de falhas estruturais seja devido ao degelo do permafrost, que se acredita estar relacionado às mudanças climáticas. Acredita-se que o degelo do permafrost tenha contribuído para o deslizamento de terra do Val Pola em 1987, que matou 22 pessoas nos Alpes italianos. Em cadeias de montanhas, grande parte da estabilidade estrutural pode ser atribuída a geleiras e permafrost. À medida que o clima aquece, o permafrost derrete, o que resulta em uma estrutura de montanha menos estável e, em última análise, mais falhas nas encostas. O aumento das temperaturas permite profundidades mais profundas da camada ativa, resultando em maior infiltração de água. O gelo dentro do solo derrete, causando perda de resistência do solo, movimento acelerado e fluxos potenciais de detritos.

McSaveney relatou grandes quedas de rocha e gelo (até 11,8 milhões de m 3 ), terremotos (até 3,9 Richter), inundações (até 7,8 milhões de m 3 de água) e rápido fluxo de rocha-gelo a longas distâncias (até 7,5 km em 60 m / s) causado pela “instabilidade das encostas” no permafrost de alta montanha. A instabilidade das encostas no permafrost em temperaturas elevadas perto do ponto de congelamento no aquecimento do permafrost está relacionada ao estresse efetivo e ao aumento da pressão da água dos poros nesses solos. Kia e seus co-inventores inventaram um novo piezômetro rígido sem filtro (FRP) para medir a pressão da água dos poros em solos parcialmente congelados, como o aquecimento de solos permafrost. Eles estenderam o uso do conceito de tensão efetiva para solos parcialmente congelados para uso na análise de estabilidade de encostas de encostas de aquecimento permafrost. O uso do conceito de tensão efetiva tem muitas vantagens, como a capacidade de estender os conceitos de "Mecânica do solo em estado crítico" para a engenharia de solo congelado.

Em montanhas altas, as quedas de rochas podem ser causadas pelo degelo de massas rochosas com o permafrost.

Consequências ecológicas

Na região circumpolar norte, o permafrost contém 1700 bilhões de toneladas de material orgânico, igualando quase a metade de todo o material orgânico em todos os solos. Esta piscina foi construída ao longo de milhares de anos e só é degradada lentamente nas condições frias do Ártico. A quantidade de carbono sequestrado no permafrost é quatro vezes o carbono que foi liberado para a atmosfera devido às atividades humanas nos tempos modernos. Uma manifestação disso é o yedoma , que é um permafrost de loess de idade do Pleistoceno rico em orgânicos (cerca de 2% de carbono em massa) com conteúdo de gelo de 50-90% em volume.

A formação de permafrost tem consequências significativas para os sistemas ecológicos, principalmente devido às restrições impostas às zonas de enraizamento, mas também devido às limitações na geometria de tocas e tocas para a fauna que requer residências subterrâneas. Os efeitos secundários impactam as espécies dependentes de plantas e animais cujo habitat é limitado pelo permafrost. Um dos exemplos mais difundidos é o domínio do abeto negro em extensas áreas de permafrost, uma vez que esta espécie pode tolerar o padrão de enraizamento restrito à superfície próxima.

Um grama de solo da camada ativa pode incluir mais de um bilhão de células de bactérias. Se colocadas juntas, as bactérias de um quilograma de solo da camada ativa formarão uma cadeia de 1000 km de comprimento. O número de bactérias no solo permafrost varia amplamente, normalmente de 1 a 1000 milhões por grama de solo. A maioria dessas bactérias e fungos no solo permafrost não pode ser cultivada em laboratório, mas a identidade dos microrganismos pode ser revelada por técnicas baseadas em DNA.

A região do Ártico é uma das muitas fontes naturais dos gases de efeito estufa metano e dióxido de carbono. O aquecimento global acelera sua liberação devido à liberação de metano de ambos os depósitos existentes e metanogênese na biomassa em decomposição . Grandes quantidades de metano são armazenadas no Ártico em depósitos de gás natural, em permafrost e como clatratos submarinos . O permafrost e os clatratos degradam com o aquecimento e, portanto, grandes liberações de metano dessas fontes podem ocorrer como resultado do aquecimento global. Outras fontes de metano incluem taliks submarinos , transporte fluvial, retirada do complexo de gelo, permafrost submarino e depósitos de hidrato de gás em decomposição. Análises de computador preliminares sugerem que o permafrost poderia produzir carbono igual a 15 por cento ou mais das emissões atuais de atividades humanas.

Uma hipótese promovida por Sergey Zimov é que a redução de rebanhos de grandes herbívoros aumentou a proporção de emissão de energia e absorção de energia da tundra (balanço de energia) de uma maneira que aumenta a tendência de descongelamento líquido do permafrost. Ele está testando essa hipótese em um experimento no Parque do Pleistoceno , uma reserva natural no nordeste da Sibéria.

Taxa de mudança prevista no Ártico

De acordo com o Quinto Relatório de Avaliação do IPCC, há grande confiança de que as temperaturas do permafrost aumentaram na maioria das regiões desde o início dos anos 1980. O aquecimento observado foi de até 3 ° C em partes do norte do Alasca (início de 1980 a meados dos anos 2000) e de até 2 ° C em partes do norte da Europa da Rússia (1971–2010). Em Yukon , a zona de permafrost contínuo pode ter se movido 100 quilômetros (62 milhas) em direção aos pólos desde 1899, mas os registros precisos remontam a apenas 30 anos. Pensa-se que o descongelamento do permafrost pode agravar o aquecimento global ao libertar metano e outros hidrocarbonetos , que são poderosos gases com efeito de estufa . Também pode encorajar a erosão porque o permafrost dá estabilidade às encostas áridas áridas.

As temperaturas árticas devem aumentar cerca de duas vezes a taxa global. O Painel Intergovernamental sobre Mudanças Climáticas (IPCC) estabelecerá em seu quinto relatório cenários para o futuro, onde a temperatura no Ártico aumentará entre 1,5 e 2,5 ° C até 2040 e de 2 a 7,5 ° C até 2100. As estimativas variam sobre como muitas toneladas de gases de efeito estufa são emitidas de solos permafrost descongelados. Uma estimativa sugere que 110-231 bilhões de toneladas de CO 2 equivalentes (cerca de metade do dióxido de carbono e a outra metade do metano) serão emitidos até 2040 e 850-1400 bilhões de toneladas até 2100. Isso corresponde a uma taxa média de emissão anual de 4–8 bilhões de toneladas de CO 2 equivalentes no período 2011–2040 e anualmente 10–16 bilhões de toneladas de CO 2 equivalentes no período 2011–2100 como resultado do degelo do permafrost. Para efeito de comparação, a emissão antrópica de todos os gases de efeito estufa em 2010 é de aproximadamente 48 bilhões de toneladas de CO 2 equivalente. A liberação de gases de efeito estufa do permafrost descongelado para a atmosfera aumenta o aquecimento global.

Preservação de organismos em permafrost

Micróbios

Os cientistas prevêem que até 10 21 micróbios, incluindo fungos e bactérias, além de vírus, serão liberados do derretimento do gelo por ano. Freqüentemente, esses micróbios são liberados diretamente no oceano. Devido à natureza migratória de muitas espécies de peixes e pássaros, é possível que esses micróbios tenham uma alta taxa de transmissão.

O permafrost no leste da Suíça foi analisado por pesquisadores em 2016 em um local permafrost alpino chamado “Muot-da-Barba-Peider”. Este local tinha uma comunidade microbiana diversa com várias bactérias e grupos eucarióticos presentes. Grupos de bactérias proeminentes incluíram filo Acidobacteria , Actinobacteria , AD3, Bacteroidetes , Chloroflexi , Gemmatimonadetes , OD1, Nitrospirae , Planctomycetes , Proteobacteria e Verrucomicrobia . Fungos eucarióticos proeminentes incluem Ascomycota , Basidiomycota e Zygomycota . Na espécie atual, os cientistas observaram uma variedade de adaptações para condições abaixo de zero, incluindo processos metabólicos reduzidos e anaeróbicos.

Acredita-se que um surto de antraz em 2016 na Península de Yamal seja devido ao degelo do permafrost. Também estão presentes no permafrost siberiano duas espécies de vírus: Pithovirus sibericum e Mollivirus sibericum. Ambos têm aproximadamente 30.000 anos e são considerados vírus gigantes devido ao fato de serem maiores em tamanho do que a maioria das bactérias e possuírem genomas maiores do que outros vírus. Ambos os vírus ainda são infecciosos, como visto por sua capacidade de infectar Acanthamoeba , um gênero de amebas.

Foi demonstrado que o congelamento em baixas temperaturas preserva a infecciosidade dos vírus. Calicivírus, influenza A e enterovírus (ex. Poliovírus, echovírus, vírus Coxsackie) foram todos preservados em gelo e / ou permafrost. Os cientistas determinaram três características necessárias para que um vírus seja preservado com sucesso no gelo: alta abundância, capacidade de transporte no gelo e capacidade de retomar os ciclos de doenças ao ser liberado do gelo. Uma infecção direta de permafrost ou gelo em humanos não foi demonstrada; esses vírus são normalmente disseminados por outros organismos ou mecanismos abióticos.

Um estudo de amostras de permafrost siberiano do final do Pleistoceno de Kolyma Lowland (uma planície do leste da Sibéria) usou isolamento de DNA e clonagem de genes (especificamente genes 16S rRNA) para determinar a quais filos esses microrganismos pertenciam. Essa técnica permitiu uma comparação de microrganismos conhecidos com suas amostras recém-descobertas e revelou oito filotipos, que pertenciam aos filos Actinobacteria e Proteobacteria .

Plantas

Em 2012, pesquisadores russos provaram que o permafrost pode servir como um repositório natural para formas de vida antigas revivendo Silene stenophylla de tecido de 30.000 anos encontrado em uma toca de esquilo da Idade do Gelo no permafrost da Sibéria . Este é o tecido vegetal mais antigo já revivido. A planta era fértil, produzindo flores brancas e sementes viáveis. O estudo demonstrou que o tecido pode sobreviver à preservação do gelo por dezenas de milhares de anos.

Permafrost extraterrestre

Outros problemas

A International Permafrost Association (IPA) é um integrador de questões relacionadas ao permafrost. Ela convoca Conferências Internacionais Permafrost, realiza projetos especiais, como preparação de bancos de dados, mapas, bibliografias e glossários, e coordena programas de campo e redes internacionais. Entre outras questões abordadas pelo IPA estão: Problemas para a construção no permafrost devido à alteração das propriedades do solo do solo em que as estruturas são colocadas e os processos biológicos no permafrost, por exemplo, a preservação de organismos congelados in situ .

Construção em permafrost

Construir sobre o permafrost é difícil porque o calor do edifício (ou oleoduto ) pode aquecer o permafrost e desestabilizar a estrutura. O aquecimento pode resultar no degelo do solo e seu consequente enfraquecimento do suporte para uma estrutura conforme o conteúdo de gelo se transforma em água; alternativamente, onde as estruturas são construídas sobre estacas, o aquecimento pode causar movimento por fluência devido à mudança de atrito nas estacas, mesmo quando o solo permanece congelado.

Três soluções comuns incluem: usar fundações em estacas de madeira ; construção em uma camada de cascalho grosso (geralmente 1–2 metros / 3,3–6,6 pés de espessura); ou usando tubos de calor de amônia anidra . O Sistema de Oleoduto Trans-Alaska usa tubos de calor embutidos em suportes verticais para evitar que o oleoduto afunde e a ferrovia Qingzang no Tibete emprega uma variedade de métodos para manter o solo fresco, ambos em áreas com solo suscetível à geada . O permafrost pode necessitar de gabinetes especiais para utilitários enterrados, chamados de " utilitários ".

O Instituto Melnikov Permafrost em Yakutsk , descobriu que o afundamento de grandes edifícios no solo pode ser evitado usando fundações de estacas que se estendem até 15 metros (49 pés) ou mais. Nesta profundidade a temperatura não muda com as estações, permanecendo em cerca de −5 ° C (23 ° F).

O degelo do permafrost representa uma ameaça à infraestrutura industrial. Em maio de 2020, o degelo do permafrost na Usina Térmica de Norilsk-Taimyr Energy nº 3 causou o colapso de um tanque de armazenamento de óleo, inundando os rios locais com 21.000 metros cúbicos (17.500 toneladas) de óleo diesel. O derramamento de óleo de Norilsk em 2020 foi descrito como o segundo maior derramamento de óleo da história moderna da Rússia.

Veja também

Referências

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