Полярните и субполярни пространства са сред най-уязвимите територии в условията на климатични промени. Причината е, че в резултат от затоплянето на атмосферата се увеличава скоростта на топене на ледниците и снежните маси. Това води и до рязко съкращаване на териториите с вечна замръзналост (т. нар. пермафрост) и успоредно с това до освобождаване на парникови газове (метан, въглероден диоксид и азотен диоксид) от почвите и подпочвените ледове, което ускорява затоплянето на климата. Затова изучаването на пермафроста има важно значение за прогнозирането и моделирането на климатичните промени.

Зоната на вечна замръзналост (т.нар. пермафрост) обхваща районите, в които температурата на почвата и/или неспоените наслаги (напр. пясъци, глини) се задържа устойчиво под 0 °C в продължение на поне две последователни години. При подходящи климатични условия, повърхностният слой (т.нар. активен слой) сезонно повишава температурата си и се придвижва върху долулежащите слоеве, с което се обяснява образуването на комплекс от форми на земната повърхност с характерни очертания и различни размери. Често в подповърхностните хоризонти се разкриват и ледени образувания, които могат да нарастват или да съкращават обема си.

Понастоящем зоната на вечната замръзналост обхваща около 27% от земната повърхност (Altshuler et al., 2017) като пермафростът е най-добре развит в северните региони на Европа, Азия и Северна Америка (фиг. 1), също така и във високите планини на северното и южното полукълбо (напр. Алпи, Анди и Хималаи). Във високите планини на България съществуват условия за сезонно замръзване на повърхностния почвен слой като в Пирин това се осъществява при над 2200 м надморска височина (Kenderova et a., 2015).

Фиг. 1 Пространствен обхват и динамика на пермафроста в Северното полукълбо. Източник: European Space Agency

В резултат от повишаването на глобалните температури през последните десетилетия зоната на вечна замръзналост намалява площта си в регионален и глобален план (Turetsky et al., 2019, 2020; Miller et al., 2018). Мащабният проект на Европейската космическа агенция (The European Space Agency – ESA), озаглавен Permafrost CCI, разкрива рязкото съкращаване на пермафроста в Северното полукълбо (фиг. 1). Получените данни са резултат от анализи на серии от последователни сателитни изображения, чрез които може да се изчисли температурата на земната повърхност и да се наблюдава развитието на активния слой (Trofaier et al., 2017). Анализът на получените резултати показва недвусмислено, че южната граница на разпространение на пермафроста мигрира на север с всяка изминала година (фиг. 1). Това от своя страна води до освобождаване на големи количества органичен въглерод и парникови газове в атмосферата.

Успоредно с отделянето на CO2 при топенето на вечната замръзналост се отделят и значителни количества метан (CH4) и азотен диоксид (NO2), които допринасят за засилването на парниковия ефект на глобално ниво. Според различни проучвания метанът оказва около 20-25 пъти по-силно въздействие като парников газ спрямо CO2 (Altshuler et al., 2017; Miller et al., 2018). Следователно емисии равняващи се на 1 гигатон метан в атмосферата ще я затоплят така както 20 гигатона въглероден диоксид. 

Въпреки това като основен източник на метан се явяват езерата и блатата, а почвите в зоната на вечна замръзналост се разглеждат като уловител на парникови газове. Това се обяснява с топенето на подпочвените ледове, което се свързва с образуването на негативни форми (т.нар, термокарстови езера), към които се ориентира както повърхностният, така и подземният отток. Образуваните влажни зони са много бедни на кислород (anoxic waters), което предопределя развитието на бактерии, отделящи метан (т. нар. метаногенни бактерии).

В обобщение може да се заключи, че зоната на вечната замръзналост е сред най-засегнатите от климатичните промени пространства на планетата. Наличните данни показват увеличаване на глобалните емисии на парниковите газове вследствие на ясно изразената тенденция към намаляване на площите с многогодишна и сезонна замръзналост. Освен това с деградацията (т.е. с разтопяването) на пермафроста се свързват редица проблеми свързани с функционирането на газо- и нефтопроводи, ж.п. мрежата и основите на сградите. Сателитни данни и информация от теренни измервания допринасят за изучаването и моделирането на бъдещите промени в зоната на вечната замръзналост, което стои в основата на прогнозирането на бъдещите климатични промени. Поради всичко това пермафростът може да се възприеме и като индикатор за ефекта от настъпващите промени на климата на Земята.

Автор: Петко Божков / Климатека

В публикацията са използвани материали от:

1. Altshuler, I., Goordial, J. & Whyte, L. (2017). Microbial Life in Permafrost. Published in Psychrophiles: From Biodiversity to Biotechnology – Springer International Publishing AG 2017. p. 153-179.

2. Kenderova, R., Rachev, G., Baltakova, A., Nikolova, N. & Krenchev, D. (2015). Variations in Soil Surface Temperature in the Pirin High Mountain Area and Their Relation with Slope Processes Activity – Comptes rendus de l’Acade’mie bulgare des Sciences, Vol 68, No8, pp.1027-1034

3. Miller, S. M., M. A. Taylor, and J. D. Watts (2018). Understanding high-latitude methane in a warming climate, Eos, 99, 13 March 2018

4. Trofaier, A. M., Westermann, S., Bartsch, A. (2017). Progress in space-borne studies of permafrost for climate science: Towards a multi-ECV approach – Remote Sensing of Environment, Vol. 203, 55-70.

Turetsky, M. R., Abbott, B.W., Jones, M.C. et al. (2020) Carbon release through abrupt permafrost thaw – Nature Geoscience 13, 138–143.