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Este artículo trata sobre suelo helado. Para otros usos, consulte Permafrost (desambiguación) .
Permafrost
Mapa Circum-Ártico de Permafrost y Condiciones del Hielo Subterráneo.png
Mapa que muestra la extensión y los tipos de permafrost en el hemisferio norte
Utilizado enAsociación Internacional de Permafrost
ClimaAltas latitudes, regiones alpinas
Fallo de la pendiente del suelo de permafrost, revelando lentes de hielo .

El permafrost es un suelo que permanece continuamente por debajo de 0 ° C (32 ° F) durante dos o más años, ubicado en tierra o debajo del océano . El permafrost no tiene por qué ser la primera capa que está en el suelo. Puede tener una profundidad de una pulgada a varias millas bajo la superficie de la Tierra. Algunas de las ubicaciones de permafrost más comunes se encuentran en el hemisferio norte. Casi una cuarta parte del hemisferio norte está sustentado por permafrost, incluido el 85% de Alaska , Groenlandia , Canadá y Siberia . También se puede ubicar en las cimas de las montañas del hemisferio sur.. El permafrost ocurre con frecuencia en el hielo molido, pero también puede estar presente en lecho rocoso no poroso. El permafrost se forma a partir de hielo que contiene varios tipos de suelo, arena y roca en combinación. [1]

Estudio y clasificación del permafrost [ editar ]

En contraste con la relativa escasez de informes sobre suelo congelado en América del Norte antes de la Segunda Guerra Mundial , una vasta literatura sobre los aspectos de ingeniería del permafrost estaba disponible en ruso. A partir de 1942, Siemon William Muller profundizó en la literatura rusa relevante en poder de la Biblioteca del Congreso y la Biblioteca del Servicio Geológico de los Estados Unidos para poder proporcionar al gobierno una guía de campo de ingeniería y un informe técnico sobre el permafrost para 1943 ", [2 ] año en el que acuñó el término como una contracción del suelo permanentemente congelado. [3] Aunque originalmente clasificado (como Ejército de los EE. UU. Oficina del Jefe de Ingenieros, Estudio de Ingeniería Estratégica, No. 62, 1943), [3] [4] [5] [6] en 1947 se publicó públicamente un informe revisado, que se considera el primer tratado norteamericano sobre el tema. [2] [6]

Extensión [ editar ]

Líneas rojas: temperaturas extremas estacionales (punteadas = promedio).

El permafrost es suelo , roca o sedimento que se congela durante más de dos años consecutivos. En áreas no cubiertas por hielo, existe debajo de una capa de suelo, roca o sedimento, que se congela y descongela anualmente y se denomina "capa activa". [7] En la práctica, esto significa que el permafrost se produce a una temperatura media anual de -2 ° C (28,4 ° F) o menos. El grosor de la capa activa varía con la temporada, pero es de 0,3 a 4 metros (poco profundo a lo largo de la costa ártica; profundo en el sur de Siberia y la meseta Qinghai-Tibetana ). La extensión del permafrost varía con el clima: en el hemisferio norte hoy, el 24% de la superficie terrestre sin hielo, equivalente a 19 millones de kilómetros cuadrados, [8]está más o menos influenciado por el permafrost. De esta área, algo más de la mitad está sustentada por permafrost continuo, alrededor del 20% por permafrost discontinuo y un poco menos del 30% por permafrost esporádico. [9] La mayor parte de esta área se encuentra en Siberia, el norte de Canadá, Alaska y Groenlandia. Debajo de la capa activa, los cambios de temperatura anual del permafrost se hacen más pequeños con la profundidad. La profundidad más profunda del permafrost ocurre donde el calor geotérmico mantiene una temperatura por encima del punto de congelación. Por encima de ese límite inferior puede haber permafrost con una temperatura anual constante: "permafrost isotérmico". [10]

Continuidad de la cobertura [ editar ]

El permafrost se forma típicamente en cualquier clima donde la temperatura media anual del aire es más baja que el punto de congelación del agua . Se encuentran excepciones en los bosques boreales húmedos, como en el norte de Escandinavia y la parte noreste de la Rusia europea al oeste de los Urales , donde la nieve actúa como una manta aislante. Las áreas glaciadas también pueden ser excepciones. Dado que todos los glaciares se calientan en su base por el calor geotérmico, los glaciares templados , que están cerca del punto de fusión por presión en todo momento, pueden tener agua líquida en la interfaz con el suelo y, por lo tanto, están libres de permafrost subyacente. [11] Anomalías frías "fósiles" en el gradiente geotérmicoen áreas donde el permafrost profundo desarrollado durante el Pleistoceno persiste hasta varios cientos de metros. Esto es evidente a partir de las mediciones de temperatura en pozos en América del Norte y Europa. [12]

Permafrost discontinuo [ editar ]

La temperatura subterránea varía menos de una estación a otra que la temperatura del aire, y las temperaturas medias anuales tienden a aumentar con la profundidad como resultado del gradiente geotérmico de la corteza. Por lo tanto, si la temperatura media anual del aire está solo ligeramente por debajo de 0 ° C (32 ° F), el permafrost se formará solo en lugares que están protegidos, generalmente con un aspecto norte o sur (en los hemisferios norte y sur, respectivamente), creando un permafrost discontinuo. . Por lo general, el permafrost permanecerá discontinuo en un clima donde la temperatura media anual de la superficie del suelo está entre -5 y 0 ° C (23 y 32 ° F). En las áreas de invierno húmedo mencionadas anteriormente, es posible que ni siquiera haya permafrost discontinuo hasta -2 ° C (28 ° F). El permafrost discontinuo a menudo se divide enpermafrost discontinuo extenso , donde el permafrost cubre entre el 50 y el 90 por ciento del paisaje y generalmente se encuentra en áreas con temperaturas medias anuales entre -2 y -4 ° C (28 y 25 ° F), y permafrost esporádico , donde la cobertura de permafrost es menor más del 50 por ciento del paisaje y típicamente ocurre a temperaturas medias anuales entre 0 y -2 ° C (32 y 28 ° F). [13] En la ciencia del suelo, la zona de permafrost esporádico se abrevia SPZ y la zona de permafrost discontinua extensa DPZ . [14] Se producen excepciones en Siberia y Alaska sin glaciar, donde la profundidad actual del permafrost es una reliquia. de las condiciones climáticas durante las edades glaciales donde los inviernos eran hasta 11 ° C (20 ° F) más fríos que los de hoy.

Permafrost continuo [ editar ]

Extensión estimada del permafrost alpino por región [15]
LocalidadÁrea
(× 1000)
Meseta Qinghai-Tibet1.300 km 2 (500 millas cuadradas)
Khangai - Montañas de Altai1,000 km 2 (390 millas cuadradas)
Cordillera Brooks263 km 2 (102 millas cuadradas)
Montañas de Siberia255 km 2 (98 millas cuadradas)
Groenlandia251 km 2 (97 millas cuadradas)
Montes Urales125 km 2 (48 millas cuadradas)
Andes100 km 2 (39 millas cuadradas)
Montañas Rocosas (EE. UU. Y Canadá)100 km 2 (39 millas cuadradas)
Montañas Fennoscandian75 km 2 (29 millas cuadradas)
Restante<100 km 2 (39 millas cuadradas)

A temperaturas medias anuales de la superficie del suelo por debajo de -5 ° C (23 ° F), la influencia del aspecto nunca puede ser suficiente para descongelar el permafrost y se forma una zona de permafrost continuo (abreviado como CPZ ). Una línea de permafrost continuo en el hemisferio norte [16] representa la frontera más al sur donde la tierra está cubierta por permafrost continuo o hielo glacial. La línea de permafrost continuo varía en todo el mundo hacia el norte o hacia el sur debido a los cambios climáticos regionales. En el hemisferio sur , la mayor parte de la línea equivalente caería dentro del Océano Austral si hubiera tierra allí. La mayor parte del continente antárticoestá cubierto por glaciares, bajo los cuales gran parte del terreno está sujeto al derretimiento basal . [17] La tierra expuesta de la Antártida está sustancialmente cubierta de permafrost, [18] parte del cual está sujeto a calentamiento y deshielo a lo largo de la costa. [19]

Permafrost alpino [ editar ]

El permafrost alpino ocurre en elevaciones con temperaturas promedio lo suficientemente bajas como para sostener un suelo perennemente congelado; gran parte del permafrost alpino es discontinuo. [20] Las estimaciones de la superficie total de permafrost alpino varían. Bockheim y Munroe [15] combinaron tres fuentes e hicieron las estimaciones tabuladas por región, totalizando 3.560.000 km 2 (1.370.000 millas cuadradas).

No se ha cartografiado el permafrost alpino en los Andes . [21] Su extensión se ha modelado para evaluar la cantidad de agua acumulada en estas áreas. [22] En 2009, un investigador de Alaska encontró permafrost en el nivel de 4.700 m (15.400 pies) en el pico más alto de África, el Monte Kilimanjaro , aproximadamente 3 ° al sur del ecuador. [23]

Permafrost submarino [ editar ]

El permafrost submarino se encuentra debajo del lecho marino y existe en las plataformas continentales de las regiones polares. [24] Estas áreas se formaron durante la última edad de hielo, cuando una gran parte del agua de la Tierra estaba atrapada en capas de hielo en la tierra y cuando los niveles del mar estaban bajos. A medida que las capas de hielo se derritieron para convertirse nuevamente en agua de mar, el permafrost se convirtió en plataformas sumergidas en condiciones de contorno relativamente cálidas y saladas, en comparación con el permafrost de la superficie. Por lo tanto, el permafrost submarino existe en condiciones que conducen a su disminución. Según Osterkamp, ​​el permafrost submarino es un factor en el "diseño, construcción y operación de instalaciones costeras, estructuras fundadas en el lecho marino, islas artificiales, tuberías submarinas y pozos perforados para exploración y producción". [25]También contiene hidratos de gas en algunos lugares, que son una "fuente potencial de energía abundante", pero también pueden desestabilizarse a medida que el permafrost submarino se calienta y se descongela, produciendo grandes cantidades de gas metano, que es un potente gas de efecto invernadero. [25] [26] [27]

Manifestaciones [ editar ]

Tiempo necesario para que el permafrost alcance profundidad en Prudhoe Bay, Alaska [28]
Tiempo (año)Profundidad del permafrost
14,44 m (14,6 pies)
35079,9 m (262 pies)
3500219,3 m (719 pies)
35.000461,4 m (1514 pies)
100.000567,8 m (1.863 pies)
225.000626,5 m (2055 pies)
775.000687,7 m (2256 pies)

Profundidad base [ editar ]

El permafrost se extiende hasta una profundidad base donde el calor geotérmico de la Tierra y la temperatura media anual en la superficie alcanzan una temperatura de equilibrio de 0 ° C. [29] La profundidad base del permafrost alcanza los 1.493 m (4.898 pies) en las cuencas del norte de los ríos Lena y Yana en Siberia . [30] El gradiente geotérmico es la tasa de aumento de la temperatura con respecto al aumento de la profundidad en el interior de la Tierra . Lejos de los límites de las placas tectónicas, está a unos 25-30 ° C / km (124-139 ° F / mi) cerca de la superficie en la mayor parte del mundo. [31] Varía con la conductividad térmica del material geológico y es menor para el permafrost en el suelo que en el lecho de roca.[29]

Los cálculos indican que el tiempo necesario para formar el permafrost profundo debajo de Prudhoe Bay, Alaska, fue de más de medio millón de años. [28] [32] Esto se extendió a lo largo de varios ciclos glaciales e interglaciares del Pleistoceno y sugiere que el clima actual de Prudhoe Bay es probablemente considerablemente más cálido de lo que ha sido en promedio durante ese período. Este calentamiento durante los últimos 15.000 años está ampliamente aceptado. [28] La tabla de la derecha muestra que los primeros cien metros de permafrost se forman relativamente rápido, pero que los niveles más profundos toman progresivamente más tiempo.

Hielo de tierra masivo [ editar ]

Exposición masiva al hielo del suelo azul en la costa norte de la isla Herschel, Yukon, Canadá.

Cuando el contenido de hielo de un permafrost excede el 250 por ciento (hielo a suelo seco en masa) se clasifica como hielo masivo . Los cuerpos de hielo masivos pueden variar en composición, en todas las gradaciones imaginables, desde lodo helado hasta hielo puro. Los lechos de hielo masivo tienen un espesor mínimo de al menos 2 my un diámetro corto de al menos 10 m. [33] Las primeras observaciones registradas en América del Norte fueron realizadas por científicos europeos en Canning River, Alaska en 1919. [34] La literatura rusa proporciona una fecha anterior de 1735 y 1739 durante la Gran Expedición al Norte de P. Lassinius y Kh. P. Laptev, respectivamente. [35] Dos categorías de hielo subterráneo masivo son el hielo superficial enterrado y el hielo intrasedimental [36] (también llamadohielo constitucional ). [35]

El hielo superficial enterrado puede provenir de nieve, lago congelado o hielo marino, aufeis (hielo de río varado) y, probablemente el más frecuente, hielo glacial enterrado. [37]

El hielo intra-sedimentario se forma por la congelación en el lugar de las aguas subterráneas y está dominado por hielo segregacional que resulta de la diferenciación por cristalización que tiene lugar durante la congelación de sedimentos húmedos, acompañada de agua que migra al frente de congelación. [35]

El hielo constitucional o intrasental se ha observado y estudiado ampliamente en todo Canadá y también incluye hielo intrusivo y de inyección. [34] [35]

Además, las cuñas de hielo, un tipo separado de hielo molido, producen polígonos de tierra o tundra con patrones reconocibles. Las cuñas de hielo se forman en un sustrato geológico preexistente y se describieron por primera vez en 1919. [34] [35]

Varios tipos de hielo subterráneo masivo, incluidas cuñas de hielo y hielo intrasemental dentro de la pared del acantilado de una depresión de deshielo regresiva ubicada en la costa sur de la isla Herschel dentro de un muro de cabeza de aproximadamente 22 metros (72 pies) por 1.300 metros (4.300 pies).

Accidentes geográficos [ editar ]

Ver también: Terreno estampado

Los procesos de permafrost se manifiestan en formas terrestres a gran escala, como palsas y pingos [38], y fenómenos de menor escala, como el suelo modelado que se encuentra en áreas árticas, periglaciares y alpinas. [39]

  • Un grupo de palsas , visto desde arriba, formado por el crecimiento de lentes de hielo.

  • Un complejo de turberas al sur de Fort Simpson , Territorios del Noroeste

  • Pingos cerca de Tuktoyaktuk , Territorios del Noroeste , Canadá

  • Polígonos terrestres

  • Anillos de piedra en Spitsbergen

  • Cuñas de hielo vistas desde arriba

  • Soliflucción en Svalbard

  • Polígonos de grietas de contracción ( cuña de hielo ) en sedimentos árticos.

  • Se forman grietas en los bordes del pantano de permafrost de Storflaket en Suecia .

Ciclo del carbono en el permafrost [ editar ]

El ciclo del carbono del permafrost ( ciclo del carbono del Ártico) se ocupa de la transferencia de carbono de los suelos de permafrost a la vegetación terrestre y los microbios, a la atmósfera, de regreso a la vegetación y, finalmente, de regreso a los suelos de permafrost a través del entierro y sedimentación debido a procesos criogénicos. Parte de este carbono se transfiere al océano y a otras partes del mundo a través del ciclo global del carbono. El ciclo incluye el intercambio de dióxido de carbono y metano entre los componentes terrestres y la atmósfera, así como la transferencia de carbono entre la tierra y el agua como el metano, el carbono orgánico disuelto , carbono inorgánico disuelto , el carbono inorgánico en partículas y carbono orgánico particulado. [40]

Efectos del cambio climático [ editar ]

El permafrost ártico ha disminuido durante muchos siglos. La consecuencia es el deshielo del suelo, que puede ser más débil, y la liberación de metano, que contribuye a una mayor tasa de calentamiento global como parte de un circuito de retroalimentación causado por la descomposición microbiana. [41] Los humedales que se secan por drenaje o evaporación comprometen la capacidad de las plantas y los animales para sobrevivir. [41] Cuando el permafrost continúe disminuyendo, se ampliarán muchos escenarios de cambio climático. En áreas donde el permafrost es alto, la infraestructura circundante puede resultar severamente dañada por el deshielo del permafrost. [42]

Cambios históricos [ editar ]

Permafrost ártico recientemente descongelado y erosión costera en el Mar de Beaufort, Océano Ártico, cerca de Point Lonely, Alaska en 2013.

En el Último Máximo Glacial , el permafrost continuo cubría un área mucho mayor que la actual, cubriendo toda la Europa libre de hielo al sur hasta aproximadamente Szeged (sureste de Hungría) y el Mar de Azov (entonces tierra seca) [43] y el este de Asia al sur. a los actuales Changchun y Abashiri . [44] En América del Norte , solo existía un cinturón extremadamente estrecho de permafrost al sur de la capa de hielo en aproximadamente la latitud de Nueva Jersey a través del sur de Iowa y el norte de Missouri., pero el permafrost era más extenso en las regiones occidentales más secas donde se extendía hasta la frontera sur de Idaho y Oregon . [45] En el hemisferio sur, existe alguna evidencia de un antiguo permafrost de este período en el centro de Otago y la Patagonia argentina , pero probablemente fue discontinuo y está relacionado con la tundra. El permafrost alpino también se produjo en Drakensberg durante los máximos glaciales por encima de unos 3.000 metros (9.840 pies). [46] [47]

Descongelar [ editar ]

Véase también: Thermokarst

Por definición, el permafrost es un suelo que permanece congelado durante dos o más años. [1] El suelo puede constar de muchos materiales de sustrato, incluidos lecho de roca, sedimentos, materia orgánica, agua o hielo. La tierra congelada es aquella que está por debajo del punto de congelación del agua, esté o no presente agua en el sustrato. El hielo molido no siempre está presente, como puede ser el caso del lecho rocoso no poroso, pero ocurre con frecuencia y puede estar presente en cantidades que exceden la saturación hidráulica potencial del sustrato descongelado.

Durante el deshielo, el contenido de hielo del suelo se derrite y, a medida que el agua se drena o se evapora, hace que la estructura del suelo se debilite y, a veces, se vuelva viscosa hasta que recupera su fuerza con un contenido de humedad decreciente. Un signo visible de la degradación del permafrost es el desplazamiento aleatorio de los árboles de su orientación vertical en las áreas de permafrost. [48]

  • Descongelación del permafrost en la isla Herschel , Canadá, 2013

  • Permafrost y hielo en la isla Herschel , Canadá, 2012

  • Estanques de deshielo de permafrost en turberas en la Bahía de Hudson , Canadá en 2008. [49]

Efecto sobre la estabilidad de taludes [ editar ]

Durante el siglo pasado, se ha registrado un número creciente de eventos de rotura de taludes de rocas alpinas en cadenas montañosas de todo el mundo. Se espera que el alto número de fallas estructurales se deba al deshielo del permafrost, que se cree que está relacionado con el cambio climático. Se cree que el deshielo del permafrost contribuyó al deslizamiento de tierra de Val Pola en 1987 que mató a 22 personas en los Alpes italianos. [50] En las cadenas montañosas, gran parte de la estabilidad estructural se puede atribuir a los glaciares y al permafrost. A medida que el clima se calienta, el permafrost se derrite, lo que da como resultado una estructura montañosa menos estable y, en última instancia, más fallas de pendientes. [51] El aumento de temperaturas permite profundidades más profundas de la capa activa, lo que resulta en una mayor infiltración de agua. El hielo dentro del suelo se derrite, causando pérdida de resistencia del suelo, movimiento acelerado y posibles flujos de escombros. [52]

McSaveney [53] informó de caídas masivas de rocas y hielo (hasta 11,8 millones de m 3 ), terremotos (hasta 3,9 Richter), inundaciones (hasta 7,8 millones de m 3 de agua) y un rápido flujo de rocas y hielo a largas distancias (hasta 7,5 km a 60 m / s) provocada por la “inestabilidad de las pendientes” en el permafrost de alta montaña. La inestabilidad de las pendientes en el permafrost a temperaturas elevadas cerca del punto de congelación en el permafrost que se calienta está relacionada con el estrés efectivo y la acumulación de presión de agua intersticial en estos suelos. [54] Kia y sus co-inventores [55]inventó un nuevo piezómetro rígido sin filtro (FRP) para medir la presión del agua intersticial en suelos parcialmente congelados, como suelos calientes de permafrost. Extendieron el uso del concepto de estrés efectivo a suelos parcialmente congelados para su uso en el análisis de estabilidad de pendientes de pendientes de permafrost en calentamiento. El uso del concepto de esfuerzo efectivo tiene muchas ventajas, como la capacidad de extender los conceptos de "Mecánica de suelos en estado crítico" a la ingeniería de suelos congelados.

En las montañas altas, los desprendimientos de rocas pueden deberse al deshielo de las masas rocosas con permafrost. [56]

Consecuencias ecológicas [ editar ]

En la región circumpolar del norte, el permafrost contiene 1700 mil millones de toneladas de material orgánico, lo que equivale a casi la mitad de todo el material orgánico en todos los suelos. [8] Esta piscina se construyó a lo largo de miles de años y solo se degrada lentamente en las condiciones frías del Ártico. La cantidad de carbono secuestrado en el permafrost es cuatro veces el carbono que se ha liberado a la atmósfera debido a las actividades humanas en los tiempos modernos. [57] Una manifestación de esto es yedoma , que es un (aproximadamente 2% de carbono en masa) orgánica rica Pleistoceno -age loess permafrost con contenido de hielo de 50-90% en volumen. [58]

La formación de permafrost tiene consecuencias significativas para los sistemas ecológicos, principalmente debido a las limitaciones impuestas a las zonas de enraizamiento, pero también a las limitaciones en las geometrías de madrigueras y madrigueras para la fauna que requiere viviendas subterráneas. Los efectos secundarios afectan a las especies que dependen de plantas y animales cuyo hábitat está limitado por el permafrost. Uno de los ejemplos más extendidos es el predominio del abeto negro en áreas extensas de permafrost, ya que esta especie puede tolerar un patrón de enraizamiento limitado a la superficie cercana. [59]

Un gramo de suelo de la capa activa puede incluir más de mil millones de células bacterianas. Si se colocan una junto a la otra, las bacterias de un kilogramo de suelo de capa activa formarán una cadena de 1000 km de largo. El número de bacterias en el suelo de permafrost varía ampliamente, típicamente de 1 a 1000 millones por gramo de suelo. [60] La mayoría de estas bacterias y hongos en el suelo de permafrost no se pueden cultivar en el laboratorio, pero la identidad de los microorganismos puede revelarse mediante técnicas basadas en ADN.

La región ártica es una de las muchas fuentes naturales de gases de efecto invernadero metano y dióxido de carbono. [61] [62] El calentamiento global acelera su liberación debido a la liberación de metano de los depósitos existentes y la metanogénesis en la biomasa en descomposición . [63] En el Ártico se almacenan grandes cantidades de metano en depósitos de gas natural, en permafrost y como clatratos submarinos . El permafrost y los clatratos se degradan con el calentamiento y, por lo tanto, pueden surgir grandes liberaciones de metano de estas fuentes como resultado del calentamiento global. [64] [65] [66] [67] Otras fuentes de metano incluyen los taliks submarinos, transporte fluvial, retirada de complejos de hielo, permafrost submarino y depósitos de hidratos de gas en descomposición. [68] Los análisis preliminares por computadora sugieren que el permafrost podría producir carbono equivalente al 15 por ciento aproximadamente de las emisiones actuales de las actividades humanas. [69]

Una hipótesis promovida por Sergey Zimov es que la reducción de los rebaños de grandes herbívoros ha aumentado la relación de emisión de energía y absorción de energía de la tundra (balance de energía) de una manera que aumenta la tendencia al descongelamiento neto del permafrost. [70] Está probando esta hipótesis en un experimento en el Parque Pleistoceno , una reserva natural en el noreste de Siberia. [71]

Tasa de cambio prevista en el Ártico [ editar ]

Ver también: Emisiones de metano del Ártico

Según el Quinto Informe de Evaluación del IPCC, existe una gran confianza en que las temperaturas del permafrost han aumentado en la mayoría de las regiones desde principios de la década de 1980. El calentamiento observado fue de hasta 3 ° C en partes del norte de Alaska (desde principios de la década de 1980 hasta mediados de la década de 2000) y de hasta 2 ° C en partes del norte europeo de Rusia (1971-2010). [72] En Yukón , la zona de permafrost continuo podría haberse movido 100 kilómetros (62 millas) hacia el polo desde 1899, pero los registros precisos solo se remontan a 30 años atrás. Se cree que el deshielo del permafrost podría exacerbar el calentamiento global al liberar metano y otros hidrocarburos , que son poderosos gases de efecto invernadero . [67] [73] [74] [75]También podría fomentar la erosión porque el permafrost da estabilidad a las laderas áridas del Ártico. [76]

Se espera que las temperaturas del Ártico aumenten aproximadamente al doble de la tasa mundial. [77] El Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) establecerá en su quinto informe escenarios para el futuro, en los que la temperatura en el Ártico aumentará entre 1,5 y 2,5 ° C para 2040 y de 2 a 7,5 ° C para 2100. Estimaciones varían según la cantidad de toneladas de gases de efecto invernadero emitidas por los suelos de permafrost descongelados. [78] Una estimación sugiere que para 2040 se emitirán de 110 a 231 mil millones de toneladas de equivalentes de CO 2 (aproximadamente la mitad del dióxido de carbono y la otra mitad del metano), y de 850 a 1400 mil millones de toneladas para el 2100. [57] Esto corresponde a una tasa de emisión anual promedio de 4 a 8 mil millones de toneladas de CO 2equivalentes en el período 2011-2040 y anualmente 10-16 mil millones de toneladas de equivalentes de CO 2 en el período 2011-2100 como resultado del deshielo del permafrost. A modo de comparación, la emisión antropogénica de todos los gases de efecto invernadero en 2010 es de aproximadamente 48 mil millones de toneladas de CO 2 equivalentes. [79] La liberación de gases de efecto invernadero del permafrost descongelado a la atmósfera aumenta el calentamiento global. [80] [81]

Preservación de organismos en permafrost [ editar ]

Microbios [ editar ]

Los científicos predicen que hasta 10 21 microbios, incluidos hongos y bacterias, además de virus, se liberarán del hielo derretido por año. A menudo, estos microbios se liberarán directamente en el océano. Debido a la naturaleza migratoria de muchas especies de peces y aves, es posible que estos microbios tengan una alta tasa de transmisión. [82]

El permafrost en el este de Suiza fue analizado por investigadores en 2016 en un sitio de permafrost alpino llamado "Muot-da-Barba-Peider". Este sitio tenía una comunidad microbiana diversa con varias bacterias y grupos eucariotas presentes. Los grupos de bacterias prominentes incluyeron phylum Acidobacteria , Actinobacteria , AD3, Bacteroidetes , Chloroflexi , Gemmatimonadetes , OD1, Nitrospirae , Planctomycetes , Proteobacteria y Verrucomicrobia . Los hongos eucariotas prominentes incluyeron Ascomycota , Basidiomycota y Zygomycota.. En la especie actual, los científicos observaron una variedad de adaptaciones para condiciones bajo cero, incluidos procesos metabólicos reducidos y anaeróbicos. [83]

Se cree que un brote de ántrax en 2016 en la península de Yamal se debe al deshielo del permafrost. [84] También están presentes en el permafrost siberiano dos especies de virus: Pithovirus sibericum [85] y Mollivirus sibericum. [86] Ambos tienen aproximadamente 30.000 años de antigüedad y se consideran virus gigantes debido al hecho de que son más grandes que la mayoría de las bacterias y tienen genomas más grandes que otros virus. Ambos virus siguen siendo infecciosos, como se ve por su capacidad para infectar Acanthamoeba , un género de amebas. [86]

Se ha demostrado que la congelación a bajas temperaturas preserva la infectividad de los virus. Los calicivirus, la influenza A y los enterovirus (por ejemplo, poliovirus, echovirus, virus Coxsackie) se han conservado en hielo y / o permafrost. Los científicos han determinado tres características necesarias para que un virus se conserve con éxito en el hielo: alta abundancia, capacidad de transporte en el hielo y capacidad de reanudar los ciclos de la enfermedad al ser liberado del hielo. No se ha demostrado una infección directa por permafrost o hielo en humanos; estos virus se propagan típicamente a través de otros organismos o mecanismos abióticos. [82]

Un estudio de muestras de permafrost siberiano del Pleistoceno tardío de Kolyma Lowland (una tierra baja del este de Siberia) utilizó el aislamiento de ADN y la clonación de genes (específicamente genes de ARNr 16S) para determinar a qué filos pertenecían estos microorganismos. Esta técnica permitió una comparación de microorganismos conocidos con sus muestras recién descubiertas y reveló ocho filotipos, que pertenecían a los filos Actinobacteria y Proteobacteria . [87]

Plantas [ editar ]

En 2012, investigadores rusos demostraron que el permafrost puede servir como depósito natural de formas de vida antiguas al revivir Silene stenophylla de tejido de 30.000 años encontrado en una madriguera de ardillas de la Edad de Hielo en el permafrost siberiano . Este es el tejido vegetal más antiguo jamás revivido. La planta era fértil, produciendo flores blancas y semillas viables. El estudio demostró que el tejido puede sobrevivir a la conservación del hielo durante decenas de miles de años. [88]

Permafrost extraterrestre [ editar ]

  • Polígonos de permafrost en Marte fotografiados por el módulo de aterrizaje Phoenix .

  • Imagen de Mars Reconnaissance Orbiter en falso color de patrón de superficie poligonal.

  • Suelo estampado en la tierra.

Otros problemas [ editar ]

La Asociación Internacional de Permafrost (IPA) es un integrador de cuestiones relacionadas con el permafrost. Convoca conferencias internacionales sobre el permafrost, emprende proyectos especiales como la preparación de bases de datos, mapas, bibliografías y glosarios, y coordina redes y programas de campo internacionales. Entre otras cuestiones abordadas por la API se encuentran: Problemas para la construcción en permafrost debido al cambio de las propiedades del suelo sobre el que se colocan las estructuras y los procesos biológicos en el permafrost, por ejemplo, la preservación de organismos congelados in situ .

Construcción en permafrost [ editar ]

Construir sobre permafrost es difícil porque el calor del edificio (o tubería ) puede calentar el permafrost y desestabilizar la estructura. El calentamiento puede resultar en el deshielo del suelo y el consiguiente debilitamiento del soporte de una estructura a medida que el contenido de hielo se convierte en agua; Alternativamente, donde las estructuras se construyen sobre pilotes, el calentamiento puede provocar un movimiento a través de la fluencia debido al cambio de fricción en los pilotes incluso cuando el suelo permanece congelado. [89]

Tres soluciones comunes incluyen: usar cimientos sobre pilotes de madera ; construir sobre una plataforma de grava gruesa (generalmente de 1 a 2 metros / de 3,3 a 6,6 pies de espesor); o usando tubos de calor de amoníaco anhidro . [90] El sistema de oleoductos Trans-Alaska utiliza tubos de calor integrados en soportes verticales para evitar que el oleoducto se hunda y el ferrocarril Qingzang en el Tíbet emplea una variedad de métodos para mantener el suelo fresco, ambos en áreas con suelo susceptible a las heladas . El permafrost puede necesitar recintos especiales para servicios públicos enterrados, llamados " utilidors ". [91]

El Instituto Melnikov Permafrost en Yakutsk , descubrió que el hundimiento de grandes edificios en el suelo se puede prevenir mediante el uso de cimientos de pilotes que se extiendan hasta 15 metros (49 pies) o más. A esta profundidad, la temperatura no cambia con las estaciones, permaneciendo en aproximadamente -5 ° C (23 ° F). [92]

El deshielo del permafrost representa una amenaza para la infraestructura industrial. En mayo de 2020, el deshielo del permafrost en la planta de energía térmica n. ° 3 de Norilsk-Taimyr Energy provocó el colapso de un tanque de almacenamiento de petróleo, inundando los ríos locales con 21.000 metros cúbicos (17.500 toneladas) de gasoil. [93] [94] El derrame de petróleo de Norilsk de 2020 ha sido descrito como el segundo derrame de petróleo más grande en la historia moderna de Rusia. [95]

  • Los edificios modernos en las zonas de permafrost pueden construirse sobre pilotes para evitar fallas en los cimientos por el deshielo del permafrost debido al calor del edificio.

  • Los tubos de calor en soportes verticales mantienen un bulbo congelado alrededor de las partes del Oleoducto Trans-Alaska que están en riesgo de descongelarse.

  • Cimientos de pilotes en Yakutsk , una ciudad sustentada con permafrost continuo.

  • Las tuberías de calefacción urbana se extienden por encima del suelo en Yakutsk para evitar el deshielo del permafrost.

Ver también [ editar ]

  • Red terrestre mundial para el permafrost

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Enlaces externos [ editar ]

  • Permafrostwatch Universidad de Alaska Fairbanks
  • Infografías sobre el permafrost
  • Asociación Internacional de Permafrost (IPA)
  • Centro de Permafrost
  • Mapa de permafrost en la Antártida.
  • Permafrost: ¿qué es? - YouTube (Instituto Alfred Wegener)