Вечная мерзлота играет важную роль в глобальном изменении климата, в балансе парниковых газов, в экосистемах арктической среды и в деятельности человека в полярных регионах.
Изменения климатических параметров, в частности температуры воздуха, толщины снежного покрова и продолжительности теплого периода, за последние 50 лет привели к повышению температуры, таяние вечной мерзлоты ускорилось. В некоторых местах вдоль южной границы вечная мерзлота полностью исчезла, в то время как в других верхние участки вечной мерзлоты оттаяли до глубины, меньшей, чем при сезонном замерзании.
Таяние вечной мерзлоты оказывает серьезное воздействие, начиная от локальных изменений в топографических и гидрологических условиях, воздействия на инфраструктуру и опасности, риски и стихийные бедствия, связанные со снегом и льдом.
Таяние вечной мерзлоты — это пространственно неоднородный процесс, а это означает, что характеристики вечной мерзлоты, такие как температура, толщина или протяженность, могут по-разному проявляться в разных климатических зонах.
Наука климатология изучает многочисленные свидетельства того, что современные климатические изменения в 20-м — начале XXI века привели к деградации вечной мерзлоты на обширных территориях в Северной Америке и Евразии. Климатические переходы между ледниковыми и межледниковыми периодами всегда были связаны с изменениями в вечной мерзлоте. Последний ледниковый максимум плейстоцена за 20 000-18 000 лет до настоящего времени является очень показательным для понимания связи между климатом и альтернативными оледенениями.
В это время похолодало на 20°C, а уровень моря опустился на 120-130 м, что привело к образованию вечной мерзлоты на открытых континентальных шельфах арктических морей.
Большая часть территории, на которой выпадало достаточное количество осадков, была покрыта ледниками, включая зону от Аппалачей до Скалистых гор, горы Северной Америки, Гренландии, Арктических островов, Ирландии, Британских островов, Скандинавия, Полярный Урал и Таймыр. В отличие от этого, территории с холодным и засушливым климатом включая некоторые районы Франции, Германии, Польши, Чехии, Венгрия, Украина, большая часть европейской части России, юго-западная часть Сибири и Северный Казахстан, были покрыты вечной мерзлотой примерно до 12 000-18 000 лет до настоящего времени.
Во время раннего голоценово-климатического оптимума (8 000-6000 лет назад) вечные морозы распространились на север Северной Америки и исчезли в Европе и на значительных территориях Северной Евразии, в том числе в крупных районы Западной Сибири к югу от Полярного круга. Вечная мерзлота не растаяла полностью в районах с высоким содержанием льда и все еще присутствует на больших глубинах (так называемая “реликтовая” вечная мерзлота). Последующее похолодание (за 5 000-3 000 лет до настоящего времени) привело к обострению вечной мерзлоты, что позволило новым голоценовым мерзлотам достичь вершины старых (плейстоценовых) мерзлот, расположенных к северу от полярного круга.
За последние 3000 лет граница вечной мерзлоты то приближалась, то отступала. Последнее заметное повышение уровня вечной мерзлоты пришлось на Малый ледниковый период (1550-1850 гг. н.э.), когда температура была примерно на 1°C ниже, чем в настоящее время, что привело к увеличению толщины вечной мерзлоты до 25 м и распространению вечной мерзлоты на более отдаленные территории.
Разница в нынешних изменениях вечной мерзлоты и событиях прошлого втрое больше.
- Во-первых, темпы современного изменения климата беспрецедентны. Воздух с начала XX века температура в отдельных районах Арктики повысилась до 5°C.
- Во-вторых, воздействие изменения климата на вечную мерзлоту усугубляется техногенными факторами и землепользованием.
- Наконец, нынешняя ситуация кардинально отличается от прошлой из-за присутствия значительной численности населения в регионах, покрытых вечной мерзлотой. Наличие вечной мерзлоты в значительной степени влияет на экономическую деятельность и развитие инфраструктуры в холодных регионах.
Независимо от того, ведется ли строительство канатной дороги в Швейцарских Альпах, железной дороги на Тибетском плато или на металлургическом заводе в Сибири следует учитывать изменение условий вечной мерзлоты. Несоблюдение этого требования может привести к ухудшению состояния природной среды, что приведет к созданию опасных условий для жизни людей и инфраструктуры.
Чтобы понять опасности, связанные с таянием вечной мерзлоты, и последующее воздействие на инфраструктуру, общество и окружающую среду, нам сначала необходимо понять, что делает систему вечной мерзлоты уникальной и какие факторы влияют на нее.
Физические и математические представления этих факторов позволяют строить модели вечной мерзлоты, способные масштабировать локальные наблюдения, собранные в ограниченных районах наблюдений, на более крупные регионы.
Вечная мерзлота играет важную роль в глобальном климате, экологических системах и деятельности человека.
Таяние вечной мерзлоты происходила много раз на протяжении геологической истории, но темпы изменения климата, наличие значительной численности населения и разнообразие видов экономической деятельности и землепользования делают современную деградацию вечной мерзлоты уникальным процессом. Последствия деградации вечной мерзлоты разнообразны и варьируются от локальных до глобальных. Данные наблюдений о характеристиках вечной мерзлоты ограничены, но показывают, что температура вечной мерзлоты повышается, в то время как активный слой постепенно утолщается в большинстве регионов. Хотя изменение климата является основной движущей силой изменений вечной мерзлоты, другие характеристики окружающей среды могут существенно изменить эти общие тенденции. Природные ландшафты, но, что более важно, районы человеческой деятельности, включая крупные населенные пункты и промышленные центры, сталкиваются с многочисленными опасностями, связанными с таянием вечной мерзлоты, такими как таяние грунтовых льдов, просадка грунта и развитие термокарста; снижение устойчивости фундамента и усиление коррозии материалов фундамента; интенсификация процессов на склонах и береговая эрозия. Хотя изменения в условиях вечной мерзлоты уже сказываются на различных типах инфраструктуры, многочисленные исследования показали, что деградация вечной мерзлоты будет продолжаться и в будущем. A ряд мероприятий по планированию и инженерных решений (например, термосифоны) способны в определенной степени снизить деградацию вечной мерзлоты и предотвратить непосредственные угрозы для существующей инфраструктуры. При строительстве в условиях вечной мерзлоты следует более серьезно учитывать изменение климата.
