Промените в климата и по-високите средни температури водят до все по-бързо разтопяване на пермафроста

Пермафростът (постоянно замръзнали почвени и подпочвени води) е феномен, характерен в най-голяма степен за големите географски ширини на Северното полукълбо. В условията на вечна замръзналост, при сух континентален климат, са се формирали специфичните ландшафти на северната тайга и тундра. Пермафростът, който заема 25% от площта на сушата, е наследство от последния Ледников период, когато температурите в приполярните области са били много по-ниски от съвременните. Един от ефектите на климатичното затопляне е „деградацията“ на вечната замръзналост – изтъняване на замръзналия слой и отстъпване на границата на разпространение на пермафроста на север. Въпреки че генерално топенето може да се приеме за подобрение на екологичните условия за развитие на растителността, то има някои твърде неприятни ефекти по отношение на икономиките на страни като Русия, Канада, САЩ, Китай: дестабилизиране на сгради и съоръжения заради слягане на почвата, разрушаване на бреговете, активизиране на свлачища и срутища. Освен щетите за милиони, които нанася по този начин, деградацията на пермафроста крие и още една сериозна заплаха: освобождаване на големи количества от парниковия газ метан, което може да засили допълнително затоплянето в планетарен мащаб.

Какво е пермафрост?

С понятието пермафрост (англ. permafrost), или вечна замръзналост (рус. вечная мерзлота) се обозначават постоянно замръзнали почвени и подпочвени води. Това явление е характерно за районите с умерен и субполярен сравнително сух (континентален) климат, където липсват ледници поради сравнително високите летни температури и малкото валежи. Пермафростът е характерен преди всичко за северното полукълбо. Той заема огромни площи в азиатската част на Русия – Сибир, в Северна и Източна Канада, а също и в Тибетското плато (Фиг. 1). В Южното полукълбо от пермафрост са заети т. нар. Антарктически сухи долини – свободни от лед пространства в периферията на континента, които се намират в обсега на силно изразена валежна сянка и встрани от пътищата на спускащите се от вътрешността ледени потоци. Пермафростът е характерен и за планините с преходен и континентален климат, в зоната под снежната граница, но в близост до нея. Областите с вечна замръзналост формират самостоятелен компонент на хидросферата – криолитосфера. Понастоящем площта, заета от пермафрост, се изчислява на около 35 млн км² (24% от сушата). 

Различават се зони на непрекъснат, разкъсан и спорадичен пермафрост.

- Непрекъснат пермафрост се наблюдава в по-голямата част от територията (Сибир, Северна и Източна Канада, Тибетското плато) – там, където условията за това явление са стабилни и доминират на обширни площи.

- Разкъсаният пермафрост заема по-периферни и по-южно разположени територии. Той формира замръзнали тела в почвата и скалите, които са разделени от незамръзнали участъци.

- Спорадичният пермафрост се среща само на отделни места, където топографските условия благоприятстват неговото формиране. Характерен е за най-южните предели на разпространение на вечната замръзналост. В планините спорадичен пермафрост се наблюдава понякога в алпийската зона, например в негативни форми на релефа и в дебели сипейни покривки от каменни блокове, в които дълбоката циркулация на студен въздух обуславя целогодишно отрицателни температури на подземните слоеве. Пермафрост от такъв тип е установен например във Високите Татри, в Южните Карпати, в Динарските планини и др.

Разпространението на пермафроста по земната повърхност може да се види на Фигура 2, където зоните с постоянна замръзналост са показани в най-тъмен цвят. 

В регионите с пермафрост летните температури на въздуха и земята са положителни, но средногодишната температура на земната повърхност и на подповърхностните слоеве остава постоянно отрицателна, независимо от сезона. В местата с непрекъснат пермафрост, почвата, която през зимата е замръзнала по целия профил, се размразява през лятото само от повърхността до определена дълбочина. Това е така нареченият активен слой, в който се развиват почвените процеси и протича вегетацията на растенията. По-надолу е разположен вечно замръзналият слой (пермафрост), чиято дебелина може да бъде от няколко десетки сантиметра – в сравнително по-топлите места, до няколкостотин метра – в приполярните територии. Наличието на замръзнали почвени и подпочвени хоризонти прави невъзможна инфилтрацията на дъждовните води, и те се задържат в активния слой. Това води до заблатяване на понижените участъци от терена. Явлението е особено характерно за Западносибирската низина и за низинните участъци в долините на големите сибирски реки, които са сковани от лед през дългата зима и се размразяват по-рано през пролетта в южните части, като се разливат нашироко. Настъпвайки върху все още замръзналата земя, водните течения изгубват облика си на реки (явление, наречено на руски „весенняя распутица“) и превръщат обширни пространства в блатисти земи.

Смята се, че пермафростът е реликтно образувание – наследство от ледниковия период, в който температурите в Сибир и Канада са били много по-ниски от съвременните. Това е обусловило замръзването на подпочвените слоеве до значителна дълбочина.

Деградация на пермафроста

В последните десетилетия е установено, че с пермафроста настъпват промени. Те са свързани със затоплянето на климата и повишаването както на средногодишните, така и на сезонните и екстремните температури. Установено е, че от 1981 г. насам температурите на земната повърхност в Арктика са нараснали с над 0,5 ∘C на десетилетие (Comiso and Hall, 2014), което надхвърля 2 до 3 пъти темповете на затопляне на планетарно ниво. Промените се изразяват в намаляване на площта, заета от пермафрост, увеличаване на температурата на подпочвения лед, нарастване на дълбочината на сезонно разтопяващия се активен почвен слой в редица арктични и високопланински райони (Streletskiy и др., 2015). На много места е отбелязано изтъняване на пермафроста и отстъпването на границата на непрекъснатия пермафрост на север. 

С какви рискове е свързано това? На пръв поглед това би трябвало да са добри промени, тъй като границата на площите, годни за земеделие и за отглеждане на гори, се изместват на север. Това е вярно, но деградацията на пермафроста оказва пагубно влияние върху сега съществуващите природни комплекси, оформили се в продължение на векове, както и върху инфраструктурата, разположена върху териториите с пермафрост. 

Негативните ефекти са в няколко основни посоки:

1. Слягане на почвата

При втечняване на доскоро замръзналите подпочвени води техният обем намалява – от физиката е известно, че ледът има приблизително 10% по-голям обем от течната вода. Тоест, втечняването на пермафроста води до слягане на почвата, което е неравномерно, заради различните степени и темпове на топенето. Съответно, сградите и съоръженията, изградени върху тази основа, губят стабилността си, деформират се и са сериозно застрашени от разрушаване (Фиг. 3). Същото важи и за подземната инфраструктура – тръбопроводи, кабели и други, които са заложени в повърхностния, активен почвен слой, но при деформацията на основата се изкривяват и могат да се скъсат. Всичко това е свързано с огромни разходи по ремонт, поддръжка и възстановяване. В зоната на тайгата слягането води до наклоняване на дърветата и дестабилизиране на гората, тъй като кореновата система на видовете, виреещи върху пермафрост, е много плитка. 

2. Дестабилизиране на бреговете

Леденото ядро действа като спойка, която здраво държи почвените частици една към друга. При разрушаването му частиците се отделят и почвата става нестабилна. Този ефект се засилва още повече вследствие на насищането на почвата с течна вода. В резултат езерните и морските води подмиват и подяждат бреговете, които започват интензивно да се рушат и да отстъпват навътре към сушата. Формират се обширни свлачища (Фиг. 4). В резултат на всичко това се губят ценни територии и се търпят значителни имуществени щети (Фиг. 5).

3. Пресъхване на езера

Голямото богатство на езера в зоната на вечната замръзналост се дължи именно на невъзможността на водите да се оттичат подземно. При размразяването на подпочвените слоеве, езерните води започват да понират в тях и редица езера изчезват или намаляват нивото си, което оказва силно негативно въздействие върху екосистемите на тези влажни зони.       

4. „Метановата бомба“.

Както вече споменахме, вечната замръзналост датира още от последния ледников период. В подпочвените ледове са консервирани стари почви, които са се образували преди последното настъпване на ледовете в горски, блатни и торфищни условия. В тях се съхранява огромно количество органична материя, чието разлагане е прекъснато и блокирано от пермафроста. С освобождаването на ледовете тези процеси се възобновяват и водят до отделяне на огромни количества метан от преовлажнените почви, където разлагането на реликтното органично вещество протича анаеробно. Метанът, както е известно, има парникови свойства, доста по-силни от тези на въглеродния диоксид (виж също  https://www.google.com/url?q=https://www.climateka.bg/permafrost-iztochnik-gazove/). На места от топящия се пермафрост в атмосферата се освобождават цели „метанови мехури“, което допълнително увеличава парниковите свойства на въздуха. Това е класическа „положителна обратна връзка“, която може да доведе до неконтролируемо освобождаване на метан и още по-силно затопляне (повече за обратните връзки в климатичната система може да разберете на https://www.climateka.bg/mehanizmi-syzdavat-klimat-na-zemyata-kontrolirat-izmenie/).   

Безспорно, деградацията на пермафроста има и положителни страни, които, както вече беше споменато, са свързани с увеличаване на биопродуктивността и на полезните за земеделие и горско стопанство площи. Но негативните ефекти, които се наблюдават понастоящем и ще продължат и в бъдеще, вече причиняват големи загуби на стопанствата на Русия, Канада, САЩ и ще причиняват още повече в бъдеще. Докато разрушителният потенциал на механичните процеси, свързани с деградацията на пермафроста, в един момент ще се изчерпа, когато повърхността достигне ново състояние на равновесие, то увеличаването на концентрацията на парниковите газове е най-притеснителният ефект на глобалното затопляне в районите с пермафрост, тъй като потенциалните последствия от него са неизвестни, а ефектът оказва влияние върху цялата планета, тъй като увеличаването на парниковите газове в атмосферата не признава граници.

Експертите от National Resource Defense Council предвиждат, че всяко увеличаване на средногодишната температура на въздуха с 1°C ще води до изчезването на допълнителни  3,9 милиона км² пермафрост. Даже и да се постигнат целите за свиване на парниковите емисии, договорени в Парижкото споразумение за климата от 2015 г. (ограничаване на затоплянето до 1,5-2°С), светът ще изгуби повече от 5 милиона км² пермафрост.

Автор: Емил Гачев / Климатека

Емил Гачев е доцент в катедра “География, екология и опазване на околната среда” към Природо-математическия факултет на Югозападния университет „Неофит Рилски“, като работи и в департамент „География“ към НИГГГ-БАН. Докторска степен (специалност Ландшафтознание) получава през 2005 г. от ГГФ на СУ „Св. Климент Охридски“. Оттогава се занимава с научно-изследователска работа в сферите на геоморфологията (ледников и криогенен релеф), хидрологията (изследвания на планински езера), глациологията (съвременни ледникови микроформи) и климатичните промени в планините на България и Балканския полуостров. Преподавател по хидрология, геология (ЮЗУ) и ландшафтна екология (УАСГ).

В статията са използвани материали от:

1. Гачев, Е. 2021. Води на Земята. УИ „Неофит Рилски“
2. Comiso, J. C., D. K. Hall. 2014. Climate trends in the Arctic as observed from space, WIREs Clim. Change, 5, 389–409, https://doi.org/10.1002/wcc.277. 
3. Streletskiy, I., O. Anisimov, A. Vasiliev, 2015. Permafrost Degradation. In: Snow and Ice-Related Hazards, Risks and Disasters, chapter 10. Academic Press. 303-344.
4. https://www.thearcticinstitute.org/. Тhe Arctic Institute. Permafrost Thaw in a Warming World: The Arctic Institute’s Permafrost Series Fall-Winter 2020.
5. https://psmag.com/ Pacific Standard. Patching up our permafrost: Researchers in the Yukon are working on ways to mitigate damage from the big thaw.
6. https://coastalcare.org/ Coastal Care. Climate Change prompts Shishmaref, Alaska, to vote for inland move. August 2016.
7. https://www.nrdc.org/ Permafrost: Everything You Need to Know
8. https://www.nrdc.org/ National Resource Defence Council.
9. https://geographyofrussia.com/ География России. Что такое вечная мерзлота?