文摘
在北极,地面是冻结在一年的大多数。每年夏天的表层土壤的“解冻”。这个冻土,称为永久冻土,包含了大量的冷冻水(冰)。有许多小湖泊在北极,在低斑点由融化的冰。但融冰不仅创造了湖泊,它可以摧毁他们。永久冻土融化可以创建沟壑,让水流失的湖。大多数湖泊在北极远离人们居住的地方,所以我们看他们使用从卫星拍摄的照片。最近,我们看到了许多湖泊的水流失,从而影响植物和动物。我们测量的数量和大小排干湖泊由于永久冻土融化了解北极正在发生变化。
冻土是什么?
永冻层是一年四季保持冻结地面。它形成在地面结冰的寒冷气候的地方深深地在冬天保持冻结整个夏天。只有表面附近的地面在夏天融化。融化的部分被称为活性层。的行动是:植物的根部生长,土壤水可以吸收,甚至可以滑下山坡。冻土活动层以下,常年保持坚定的冻结。
随着夏天的发展,地面融化从表面向下。夏天结束的时候,解冻减缓并最终停止。当冬季来临的时候,活跃层冻结了。
永冻层可以防止水从融雪或雨浸泡深入地面。地面是平的,土壤常水涝和有许多湖泊和池塘。植物生长在这些环境中是专门适应寒冷、潮湿的土壤。山坡,在岩石地区,水可以从土壤流失,即使有下面的冻土。这些干燥的地方支持不同种类的植物和动物也可以挖洞,。
我们在哪里可以找到永冻层?
冻土在寒冷的地区。加拿大和阿拉斯加的大部分地区永冻层(图1)。我们的地图显示了两个永久冻土地带,取决于有多少土地由冻土式。在连续冻土地带冻土存在几乎无处不在。在不连续的冻土地带冻土是失踪在温暖的地方,如晴朗的山坡。北部北极地区——迄今为止世界的一部分,它太冷了,树活的土地已经连续多年冻土。
- 图1 -冻土北美的地图。
- 不同的颜色代表区底部有多少土地面积冻土:连续冻土冻土覆盖(90 - 100%)和不连续冻土冻土覆盖(10 - 90%)。[图信贷:简化从布朗et al。1]]。
冰在地上
永冻层通常包含冰,称为地面冰。地面主要是沙子和砾石,通常地面冰填充颗粒之间的空间。地面是坚硬的岩石,冰是通常只发现在岩石的裂缝中。的地面是由非常小的粒子如淤泥和粘土,地面冰是一起的水泥地上。地面冰也可以作为质量接近纯冰存在。最常见的纯冰在永久冻土冰楔形创建一个独特的模式的多边形景观(图2)。冰楔形出现楔形从侧面看时,当看到从上面看,它们构成了一个网络,遵循了多边形轮廓。
- 图2 - ice-wedge多边形的形成。
- (一)上面的图片显示出冰楔多边形表面和冰楔入地下。(B-F)冰的形成楔形的步骤,从侧面。在冬季地面裂缝,然后在春天裂缝填补与冻结和融化持续整个夏天。在接下来的冬天,地面裂缝在同一个地方和楔形变宽。
楔形结冰的方式首次被发现100多年前(2]。冰楔形式在冻土冻融多年。在冬天,永久冻土和冷冻活跃层形成一个固体合同(收缩),它会冷。如果它足够合同将裂纹,通常在一个多边形的模式,让我们想起裂缝干泥。泥浆收缩裂缝也是泥干。所不同的是,比干裂隙多边形ice-wedge多边形都大得多。Ice-wedge多边形通常约5 - 10米(16-33英尺)(图2)。当冬天结束,但地面仍然是寒冷和大雪融化裂缝仍然是开放的,所以水流入裂缝和冻结。在永久冻土,这种狭隘的冰楔幸存夏季解冻。裂缝是一种弱点,将来很有可能再次开裂,所以冰楔随着时间的推移会变得更广泛。在一些地方楔形增长如此之大,以至于超过一半的永冻层的顶部附近的地面是由冰组成的楔形。当永冻层包含大量的冰永久冻土。
永久冻土层解冻湖泊
Ice-wedge多边形是许多独特的冻土地貌之一。另一个永久冻土地貌ice-wedge多边形是密切相关解冻湖(图3)。解冻湖泊首先给这个名字和描述在70多年前3]。它们形成时永久冻土融化在平坦、湿环境。永久冻土融化导致地面下沉。在许多大型的冰楔形的地方,地面下沉足够形成一个盆地湖,然后解冻湖。永久冻土融化就可以开始只有一个小池塘。池塘里的水温度升高通过吸收来自太阳的能量,导致地面冰下面和池塘旁边解冻。随着时间的推移,池塘变得更大、更深,吸收更多的能量来自太阳,融化更多的冰。这个过程驱动本身速度随着时间的推移。解冻湖泊通常是肤浅的,但他们可以长到超过1公里(约半英里)。
- 图3 -解冻湖泊在白令海峡大陆桥国家保护区,阿拉斯加,在卫星图像拍摄于2019年7月。
- (1)仍然是充满水的湖,和黑色的。圈(2)轮廓的前湖泥底排前的图像。圈(3)概述了湖,2018年,流失和植被已开始生长在湖底。圈(4)概述了湖干涸很久以前。许多其他的干涸的轮廓清晰可见;排在我们从1950年代最早的航拍照片。
银行解冻的湖泊不阻挡水很好。湖的水可以快速切沟由地面冰融化和土壤冲走了。湖的水可以流出通过新沟排水的大部分水几天。在解冻湖泊的地方,你可以经常看到湖泊的轮廓,排水最近都和很久以前。这些是最容易出现在从飞机或卫星拍摄的照片(图3)。使用从上方拍摄的图像研究地球的遥感。遥感研究非常有用的冻土等偏远地区的远北地区。特别有趣的学习拍摄的图像在不同的时间去看发生了什么变化。
在阿拉斯加北部许多解冻湖泊排水近年来公园。国家公园管理局的科学家每年夏天使用卫星拍摄的图像测量的数量和大小排干湖泊由于永久冻土融化,并确定当他们耗尽。我们使用电脑来检查数以百计的卫星图像。我们发现18个湖泊排在2018年和2019年22,在不超过10所自2000年以来的任何一年。有更少的湖泊现在比最早的历史图像(从飞机照片),这是70年前(4- - - - - -6]。北部平原的白令海峡大陆桥国家保护湖泊的面积现在几乎比20年前减少20% (6]。
阿拉斯加北部公园的天气已经暖和,雪比正常在过去的几年中7]。这使得更容易为新沟渠和排水的湖泊。最近的不寻常的天气可能是由于自然年际变化与长期气候变化相结合。几个世纪以来,在北极湖泊已经形成和排水8]。然而,气候变化可能是导致他们经常排水现在比过去。当气候变暖,冰楔形,坚定冻结在永冻层更容易融化,创建新的沟壑和小池塘。
湖泊排水时,可以不再提供房屋无赖鸭等水鸟。另一方面,动物可以吃草茂盛的新植被生长在排水湖泊的底部。我们已经看到北美驯鹿、鹅、甚至灰熊放牧在干涸湖泊底部。我们将继续研究干涸,帮助我们了解湖泊的损失如何影响植物和动物生活在北极。永冻层很容易改变气候变暖。排水湖泊只是其中的一个例子如何改变北极永久冻土融化。
资金
这项工作是由国家公园管理局的库存和监控程序。
术语表
永冻层::↑常年保持结冰的地面。
活性层::↑地面以上永久冻土融化在夏天。
连续多年冻土区域::↑冻土地区的地球,涵盖了大部分(90%以上)的土地面积。
不连续冻土区域::↑冻土地区的地球存在但覆盖不到整个土地面积的90%。
冰楔::↑冰在地面形成反复冻融。在冻土充满融水收缩裂缝,形成楔形结冰。
永久冻土::↑永冻层包含这么多冰解冻时它下沉或流动。
解冻:湖:↑湖泊形成的土地由于融化的冰沉在地面。
遥感::↑土地或研究对象从远处用相机或其他工具。一个例子是使用从卫星拍摄的图像研究地球的科学。
的利益冲突
作者说,这项研究是在没有进行任何商业或金融关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
引用
[1]↑布朗,J。Ferrians, O。Heginbottom, j。,Melnikov e . 2002。Circum-Arctic永久冻土和地表的冰条件下,地图版本2。网上:https://nsidc.org/data/ggd318(2021年4月6日通过)。
[2]↑Leffingwell, e . k . 1915。地表的冰楔:地表的冰的主要形式在阿拉斯加北海岸。j .青烟。23:635-54。
[3]↑霍普金斯,d . m . 1949。解冻Imuruk湖区湖泊和融化下沉,苏厄德半岛,阿拉斯加。j .青烟。57:119-31。
[4]↑琼斯,b . M。Grosse, G。Arp, c, D。琼斯,m . C。,沃尔特·安东尼·k·M。Romanovsky, v . e . 2011。现代热岩溶湖泊动力学在连续冻土地带,西沃德半岛北部,阿拉斯加。j .地球物理学。Biogeosci >,116:G00M03。jg001666 doi: 10.1029/2011
[5]Swanson, d . k . 2019。热岩溶和降水变化的湖泊和池塘的面积在阿拉斯加西北部的国家公园,1984 - 2018。Arct。Antarct。高山。Res。51:265 - 79。doi: 10.1080 / 15230430.2019.1629222
[6]↑Swanson, d . k . 2020。监测水的表面积在阿拉斯加的北极国家公园:与2019年的数据更新。自然资源数据系列NPS / ARCN / NRDS-2020/1263。答:柯林斯堡国家公园服务。网上:https://irma.nps.gov/DataStore/Reference/Profile/2272062(2020年5月28日访问)。
[7]↑Swanson, d K。,Sousanes, p . J。山,k . 2021。增加的年平均气温在2014 - 2019年表明冻土解冻在阿拉斯加国家公园。Arct。Antarct。高山。Res。53:1-19。doi: 10.1080 / 15230430.2020.1859435
[8]↑琼斯m . C。Grosse G。,琼斯b M。沃尔特·安东尼,k . 2012。泥炭堆积在连续倒热岩溶湖泊流域,永久冻土,苏厄德半岛北部,阿拉斯加。j .地球物理学。Biogeosci >,117:16。jg001766 doi: 10.1029/2011