Permafrost

Nagib padine zemljišta permafrosta, otkrivajući vrh ledenog klina.

Permafrost

Permafrost je tlo koje neprekidno ostaje ispod 0 °C (32 °F) tokom dve ili više godina, koje se nalazi na kopnu ili ispod okeana. Češći se javlja na severnoj hemisferi, oko 15% severne hemisfere ili 11% globalne površine je pokriveno permafrostom, sa ukupnom površinom od oko 18 miliona km². Ovo uključuje značajna područja Aljaske, Grenlanda, Kanade i Sibira. Takođe se može nalaziti na vrhovima planina na južnoj hemisferi i ispod područja bez leda na Antarktiku. Reč permafrost u srpskom jeziku predstavlja anglicizam i ako se etimološki raščlani predstavlja složenicu izvedenu od dve engleske reči; permanently („trajan”) i frost („mraz”), te bi bukvalno značenje u srpskom jeziku bilo „trajni mraz”. U srpskoj literaturi se permafrost često naziva i zona (predeo) večitog snega i leda.

Permafrost ne mora biti prvi sloj koji je na tlu. Može biti od jednog inča do nekoliko milja duboko ispod površine Zemlje. Često se javlja u prizemnom ledu, ali može biti prisutan i u neporoznoj podlozi. Permafrost je formiran od leda koji u kombinaciji drži različite vrste zemljišta, peska i stena.

Permafrost sadrži velike količine biomase i razložene biomase koja je uskladištena kao metan i ugljen-dioksid, čineći tlo tundre ponorom ugljenika. Kako globalno zagrevanje zagreva ekosistem i izaziva odmrzavanje zemljišta, ciklus ugljenika u permafrostu se ubrzava i oslobađa se veliki deo ovih gasova staklene bašte sadržanih u zemljištu u atmosferu, stvarajući povratni ciklus koji povećava klimatske promene. Odmrzavanje permafrosta je jedan od efekata klimatskih promena. Iako će emisije iz odmrzavanja permafrosta biti dovoljno značajne da dovedu do dodatnog zagrevanja, one verovatno neće biti dovoljne da pokrenu povratnu spregu koja se sama pojačava i vodi ka „neizlaznom zagrevanju“.

Pioniri istraživanja permafrosta

Termin permafrost uveo je američki geolog Sajmon V. Miler, polovinom 20. veka. On je ujedno prvi definisao permafrost i bio je autor brojnih radova i knjiga na temu permafrosta. Treba napomenuti da su se u to vreme geološko-geotehničkim istraživanjima permafrosta bavili mnogi svetski priznati stručnjaci poput: Liverovskog (1941), Morosova (1941), Čebotarijeva (1951), Tercagija (1952), Džonsona (1952), Bleka (1954), Lovela (1952), Šulca (1955) ali i brojni ugledni naučni instituti i institucije poput: Univerziteta u Minesoti, Laboratorije za uticaj permafrosta i Američke vojske. Specifični uslovi koji vladaju u tlu koje se prostire u zoni permafrosta su oduvek zadavali poteškoće inženjerima koji su pokušavali da grade objekte na njemu, ali su ujedno predstavljali i veliki izazov inženjerima da ga „ukrote” i da sagrade na njemu bezbedne objekte.

Definicija permafrosta u geologiji

U geologiji „permafrost predstavlja tlo, pripovršinsku zonu Zemlje ili bedrok koji se nalazi na temperaturi tačke mržnjenja vode (0 °C) ili ispod nje u periodu od najmanje dve do nekoliko hiljada godina”. U mehanici tla, permafrost predstavlja čvrstu fazu vode koja može biti predstavljena vezujućim međuzrnskim česticama vode ili u vidu većih pojava leda koje se nazivaju ledena sočiva. U nekim slučajevima se, u tlu koje se nalazi na temperaturi manjoj od 0 °C, tlo može biti bez priustva vlage (leda), tada se naziva suvi permafrost. Bikov i Kapterev (Bykov & Kapterev; 1939) razlikuju permafrost od sezonsko zamrznutog tla tokom zime koje se javlja i van granice večitog snega i leda. Prema generalno prihvaćenoj definiciji, trajno zaleđeno tlo može ali i ne mora sadržati vlagu (led), dok prosto zamrzunto tlo podrazumeva prisustvo vode u vidu leda. U tom smislu, postoje tla u kojima voda može cirkulisati u tečnom stanju iako je temperatura ispod 0 °C (na primer voda sa značajnim prisustvom rastvorene soli može cirkulisati u tlu koje je izloženo temperaturi manjoj od 0 °C).

Sastav permafrosta

Uprošćeni blok dijagram tla u zoni permafrosta

Sloj iznad zone permafrosta se naziva aktivni sloj. „Aktivan” je jer se ovaj pripovršinski sloj Zemlje tokom zime mrzne, dok se tokom letnjih meseci otkravljuje. Sloj je od posebnog značaja u geotehničkoj praksi jer je za većinu objekata upravo taj sloj zona interakcije na relaciji objekat-tlo. Ovaj sloj predstavlja zonu intezivnog fizičko-hemijskog raspadanja u kojoj se se mehanizam raspadanja smenjuje sa godišnjim dobom. Debljina sloja varira. Po pravilu ova zona je tanka na severu dok je deblja prema jugu. Debljina ovog sloja zavisi od više faktora: sastava tla, hidrogeoloških uslova, debljine snežnog pokrivača, temperature vazduha i ostalih klimatskih faktora. Rečna terasa koja je sastavljena od vodozasićene peskovite gline koja je pokrivena sa 0,5 m treseta i sa povremenim stablima četinara može imati debljinu aktivnog sloja od 0,5 do 0,8m. Međutim, tlo istog sastava ali sa nešto gušćom populacijom četinara ili sa drvećem koje ima velike listove (poput: jove ili breze) može imati debljinu aktivnog sloja od 2,5 do 3 m.
Permafrost zona predstavlja zonu tla ispod aktivnog sloja koja je stalno zamrznuta i u kojoj se ukoliko ima prisustva vlage javljaju sočiva leda.
„Talik” zonu predstavlja sloj tla koji je van zone mržnjenja (slika 1) tj. zonu tla koja je van uticaja klimatskih uslova na površini Zemlje. Reč je ruskog porekla i na ruskom jeziku reč „talыh“ znači odleđeno. Termin talik takođe predstavlja umetnute slojeve odleđenog tla unutar permafrosta .

Vreme potrebno da se permafrost formira u dubini tla

Prema nepotvrđenim podacima različitih istraživanja, može se uspostaviti korelacija vremena koje je neophodno da prođe za formiranje permafrosta određene dubine. Uočeno je da se permafrost do 100 m dubine formira relativno brzo, dok je za formiranje dubljih slojeva potrebno znatno duže vreme. Najveća zabeležena debljina permafrosta iznosi 1493 m u severnom basenu reke Lene (i Janiseja) u Sibiru (Ruska Federacija). Debljina sloja permafrosta je u direktnoj funkciji vremena, pa je tako istraženo da je za formiranje permafrosta u Prudhovom zalivu na Aljasci u Sjedinjenim Američkim Državama bilo potrebno oko 500 000 godina. Formiranje permafrosta u Prudhovom zalivu se proteže kroz nekoliko glacijala i interglacijala tokom pleistocena, i procenjuje se da je današnja prosečna temperatura zaliva znatno veća od prosečne temperature tada.

vreme (u godinama)	dubina permafrosta (m)
1	4,44
350	79,9
3500	219,3
35000	461,4
100000	567,8
225000	626,5
775000	687,7

Prostiranje permafrosta

Prostiranje permafrosta na severnoj hemisferi

Večno smrznuta tla su karakteristična za područja Sibira, Severne Aljaske, Severne Kanade (gde čine polovinu teritorije). Za razliku od kontinualnog permafrosta koji se javlja u ovim predelima, može se razlikovati i diskontinualni permafrost koji može sadržati dva ili više slojeva zamrznutog tla, gde se kontinuitet po površini postepeno gubi uz pojavu sporadičnog permafrosta u obliku pojedinačnih ostrva. U južnijim oblastima koja se nalaze u prostorima umerene klime, mogu se javiti velika područja u kojima se mržnjenje tla odvija samo u pripovršinskoj zoni (sezonsko mržnjenje tla) i to u toku zimskih meseci. Takav slučaj je i na teritoriji današnje Republike Srbije. Pored arktičkih predela permafrost se može javiti i na područjima sa velikom nadmorskom visinom: Alpski permafrost, permafrost Atakame, Tibetanski permafrost.

Na rasprostiranje permafrosta utiče i kriosfera. Krisofera predstavlja, za razliku od permafrosta, vodu koja se nalazi u zaleđenom stanju na planeti Zemlji, bilo na kopnu, bilo u morima ili okeanima. Kriosfera se javlja kako u severnoj tako i na južnoj hemisferi. Na severnoj hemisferi odnos minimalnog prostiranja u odnosu na maksimalni iznosi 1:6, dok je na južnoj hemisferi taj odnoj 1:2. Površina snežnog pokrivača na severnoj hemisferi se kreće u rasponu od 2 do 50 miliona km², na južnoj hemisferi je znatno manje snežnog pokrivača i on iznosi od 7 do 15 miliona km² to ukazuje da je na severnoj hemisferi znatno manje višegodišnjeg snežnog pokrivača u odnosu na južnu hemisferu.

Literatura

• Zimov SA, Schuur EA, Chapin FS (jun 2006). „Climate change. Permafrost and the global carbon budget”. Science. 312 (5780): 1612—3. PMID 16778046. S2CID 129667039. doi:10.1126/science.1128908. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• McGuire, A.D.; Anderson, L.G.; Christensen, T.R.; Dallimore, S.; Guo, L.; Hayes, D.J.; Heimann, M.; Lorenson, T.D.; Macdonald, R.W.; Roulet, N. (2009). „Sensitivity of the carbon cycle in the Arctic to climate change”. Ecological Monographs. 79 (4): 523—555. S2CID 1779296. doi:10.1890/08-2025.1. hdl:11858/00-001M-0000-000E-D87B-C . 
• Tarnocai, C.; Kimble, J.; Broll, G. (2003). „Determining carbon stocks in Cryosols using the Northern and Mid Latitudes Soil Database” (PDF). Ur.: Phillips, Marcia; Springman, Sarah M; Arenson, Lukas U. Permafrost : Proceedings of the 8th International Conference on Permafrost, Zurich, Switzerland, 21–25 July 2003. London: Momenta. str. 1129—34. ISBN 978-90-5809-584-8. 
• Bockheim, J.G.; Hinkel, K.M. (2007). „The importance of "Deep" organic carbon in permafrost-affected soils of Arctic Alaska”. Soil Science Society of America Journal. 71 (6): 1889—92. Bibcode:2007SSASJ..71.1889B. doi:10.2136/sssaj2007.0070N. Arhivirano iz originala 17. 7. 2009. g. Pristupljeno 5. 6. 2010. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Anderson, D. A.; Bray, M. T.; French, H. M.; Shur, Y. (1. 10. 2004). „Syngenetic permafrost growth: cryostratigraphic observations from the CRREL tunnel near Fairbanks, Alaska”. Permafrost and Periglacial Processes (na jeziku: engleski). 15 (4): 339—347. ISSN 1099-1530. S2CID 128478370. doi:10.1002/ppp.486. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Tarnocai, C.; Canadell, J.G.; Schuur, E.A.G.; Kuhry, P.; Mazhitova, G.; Zimov, S. (2009). „Soil organic carbon pools in the northern circumpolar permafrost region”. Global Biogeochemical Cycles. 23 (2): GB2023. Bibcode:2009GBioC..23.2023T. doi:10.1029/2008GB003327 . 
• Hugelius, G.; Strauss, J.; Zubrzycki, S.; Harden, J. W.; Schuur, E. A. G.; Ping, C.-L.; Schirrmeister, L.; Grosse, G.; Michaelson, G. J.; Koven, C. D.; O'Donnell, J. A. (2014-12-01). „Estimated stocks of circumpolar permafrost carbon with quantified uncertainty ranges and identified data gaps”. Biogeosciences. 11 (23): 6573—6593. Bibcode:2014BGeo...11.6573H. ISSN 1726-4189. S2CID 14158339. doi:10.5194/bg-11-6573-2014. 
• „Permafrost and the Global Carbon Cycle”. Arctic Program (na jeziku: engleski). Pristupljeno 2021-05-18. 
• Douglas, Thomas A.; Turetsky, Merritt R.; Koven, Charles D. (24. 7. 2020). „Increased rainfall stimulates permafrost thaw across a variety of Interior Alaskan boreal ecosystems”. NPJ Climate and Atmospheric Science. 3 (1): 5626. doi:10.1038/s41467-022-33293-x. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Nowinski NS, Taneva L, Trumbore SE, Welker JM (januar 2010). „Decomposition of old organic matter as a result of deeper active layers in a snow depth manipulation experiment”. Oecologia. 163 (3): 785—92. Bibcode:2010Oecol.163..785N. PMC 2886135 . PMID 20084398. doi:10.1007/s00442-009-1556-x. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Schuur, E.A.G.; Bockheim, J.; Canadell, J.G.; Euskirchen, E.; Field, C.B.; Goryachkin, S.V.; Hagemann, S.; Kuhry, P.; Lafleur, P.M.; Lee, H.; Mazhitova, G.; Nelson, F.E.; Rinke, A.; Romanovsky, V.E.; Skiklomanov, N.; Tarnocai, C.; Venevsky, S.; Vogel, J.G.; Zimov, S.A. (2008). „Vulnerability of Permafrost Carbon to Climate Change: Implications for the Global Carbon Cycle”. BioScience. 58 (8): 701—714. doi:10.1641/B580807 . 
• Lim, Artem G.; Loiko, Sergey V.; Pokrovsky, Oleg S. (10. 1. 2023). „Interactions between organic matter and Fe oxides at soil micro-interfaces: Quantification, associations, and influencing factors”. Science of the Total Environment. 3: 158710. Bibcode:2023ScTEn.855o8710L. doi:10.1016/j.scitotenv.2022.158710. CS1 održavanje: Format datuma (veza)
• Patzner, Monique S.; Mueller, Carsten W.; Malusova, Miroslava; Baur, Moritz; Nikeleit, Verena; Scholten, Thomas; Hoeschen, Carmen; Byrne, James M.; Borch, Thomas; Kappler, Andreas; Bryce, Casey (10. 12. 2020). „Iron mineral dissolution releases iron and associated organic carbon during permafrost thaw”. Nature Communications. 11 (1): 6329. Bibcode:2020NatCo..11.6329P. doi:10.1038/s41467-020-20102-6. CS1 održavanje: Format datuma (veza)

Spoljašnje veze

• Permafrost i klimat (jezik: ruski)
• Šta je permafrost? (jezik: engleski)
• PERMAFROST: problem za građevinu Aljaske (jezik: engleski)
• Permafrost Young Researchers Network (PYRN) (jezik: engleski)
• International Permafrost Association (IPA) (jezik: engleski)
• United States Permafrost Association (USPA) (jezik: engleski)