Contenido

El permafrost es el suelo, roca "Roca (geología)") o sedimento que está congelado durante más de dos años consecutivos. En las zonas no cubiertas por el hielo, existe debajo de una capa de suelo, roca o sedimento, que se congela y descongela anualmente y se denomina «capa activa».[19]​ En la práctica, esto significa que el permafrost se produce a una temperatura media anual de -2 °C o inferior. El grosor de la capa activa varía según la estación, pero tiene entre 0,3 y 4 metros de espesor (poco profundo a lo largo de la costa ártica, profundo en el sur de Siberia y en la Meseta Qinghai tibetana.

La extensión del permafrost se muestra en términos de zonas de permafrost, que se definen según el área subyacente al permafrost como continua (90%-100%), discontinua (50%-90%), esporádica (10%-50%) y parches aislados (10 % o menos).[20]​ Estas zonas de permafrost cubren en conjunto aproximadamente el 22 % del hemisferio norte. La zona de permafrost continuo cubre algo más de la mitad de esta área, el permafrost discontinuo alrededor del 20 %, y el permafrost esporádico junto con parches aislados poco menos del 30 %.[21]​ Debido a que las zonas de permafrost no están enteramente subyacentes por el permafrost, sólo el 15 % del área libre de hielo del Hemisferio Norte está realmente subyacente por el permafrost.[22]​ La mayor parte de esta área se encuentra en Siberia, el norte de Canadá, Alaska y Groenlandia. Por debajo de la capa activa, las oscilaciones anuales de temperatura del permafrost se reducen con la profundidad. La mayor profundidad del permafrost se produce allí 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: el "permafrost isotérmico".[23]​.

Continuidade da cobertura

O permafrost normalmente se forma em qualquer clima onde a temperatura média anual do ar esteja abaixo do ponto de congelamento da água. Como todas as geleiras são aquecidas em sua base pelo calor geotérmico, as geleiras temperadas, que estão próximas do ponto de fusão sob pressão em toda a sua extensão, podem ter água líquida na interface com o solo e, portanto, não ter permafrost subjacente.[24] Anomalias "fósseis" frias no gradiente geotérmico em áreas onde o permafrost profundo se desenvolveu durante o Pleistoceno persistem até várias centenas de metros. Isto é evidente a partir de medições de temperatura em poços na América do Norte e na Europa.[25]​.

A temperatura subterrânea varia menos de estação para estação do que a temperatura do ar, e as temperaturas médias anuais tendem a aumentar com a profundidade como resultado do gradiente geotérmico da crosta. Portanto, se a temperatura média anual do ar estiver apenas ligeiramente abaixo de 0 °C, o permafrost se formará apenas em locais cobertos, geralmente com um aspecto norte ou sul&action=edit&redlink=1 "Aspecto (geografia) (ainda não elaborado)") (nos hemisférios norte e sul). (nos hemisférios norte e sul, respectivamente) -criando permafrost descontínuo. Normalmente, o permafrost permanecerá descontínuo num clima onde a temperatura média anual da superfície do solo está entre -5 e 0 C. Nas zonas de inverno chuvoso mencionadas acima, o permafrost descontínuo pode nem estar presente até -2 graus Celsius (28,4 °F). O permafrost descontínuo é geralmente dividido em extenso permafrost descontínuo, onde o permafrost cobre entre 50 e 90 por cento da paisagem e é geralmente encontrado em áreas com temperaturas médias anuais entre -2 e -4 C, e permafrost esporádico, onde a cobertura do permafrost é inferior a 50 por cento da paisagem e geralmente ocorre em temperaturas médias anuais entre 0 e -2 C.[26]​

Na ciência do solo, a zona de permafrost esporádica é abreviada como SPZ e a extensa zona de permafrost descontínua DPZ'.[27]​.

As exceções estão na Sibéria e no Alasca não glaciais, onde a atual profundidade do permafrost é uma relíquia geológica das condições climáticas durante as eras glaciais, quando os invernos eram até 11°C mais frios do que hoje.

Em temperaturas médias anuais da superfície do solo abaixo de -5 C, a temperatura pode nunca ser suficiente para descongelar o permafrost e uma zona contínua de permafrost (abreviada como CPZ) é formada. Uma linha de permafrost contínuo no Hemisfério Norte[29]​ representa a fronteira mais meridional onde a terra é coberta por permafrost contínuo ou gelo glacial. A linha de permafrost contínuo varia ao redor do mundo em direção ao norte ou ao sul devido às mudanças climáticas regionais. No hemisfério sul, a maior parte da linha equivalente cairia no Oceano Antártico se lá existisse terra. A maior parte do continente Antártico é coberta por geleiras, sob as quais grande parte do terreno está sujeita ao derretimento basal.[30] O terreno exposto da Antártica é substancialmente sustentado por permafrost,[31]​ alguns dos quais estão sujeitos ao aquecimento e degelo ao longo da costa.[32]​.

Causas da degradação do permafrost

O desaparecimento de solos perenemente congelados está condicionado ao aumento da temperatura média da Terra devido ao aquecimento global.

De acordo com estudos recentes, um aumento significaria a perda de 40% do permafrost global. Se o Acordo de Paris for cumprido, que estabeleceu o objectivo de manter o aquecimento global abaixo de 0,25°C, tentando limitá-lo a, grande parte do permafrost mundial seria salva.

Os processos envolvidos na degradação do permafrost que podem causar riscos geológicos são os seguintes:

• Aquecimento do permafrost: o aumento da temperatura do solo pode causar o seu degelo e perda gradual da força de suporte. Os solos descongelados podem ser mais compressíveis ou ter menos coesão em comparação com quando estão congelados. Em particular, solos mais porosos, orgânicos ou ricos em água serão mais susceptíveis a alterações com o descongelamento, resultando num aumento do teor de água da camada activa.

• Espessamento da camada ativa devido ao aumento da temperatura.

• Desenvolvimento de camadas profundas descongeladas completamente livres de permafrost (também chamadas taliks).

(Hjort J. et all., 2022. “Impactos da degradação do permafrost na infraestrutura”. Nature Reviews Earth & Environment, vol. 3, no. 1, pp. 24-38).

Perigos associados ao desaparecimento do permafrost

O solo com permafrost apresenta propriedades muito variáveis ​​do estado congelado para o estado descongelado devido à mudança de fase de gelo para água e ao aumento de temperatura sofrido pela fração sólida isenta de água.

Quando há presença de água no substrato, os solos congelados apresentam maior resistência à medida que a temperatura diminui, ou seja, o gelo atua como cimento, unindo as partículas do solo. Quando a temperatura aumenta, a água descongelada na matriz de gelo pode apresentar propriedades de compressão e aumento da taxa de fluência. Se o ponto de congelamento do solo for excedido (T > 0°C), a capacidade de suporte é reduzida e o solo não consegue mais manter a estabilidade de engenharia acima, resultando em recalques diferenciais e danos à infraestrutura. (Hjort J. et all., 2022. “Impactos da degradação do permafrost na infraestrutura”. Nature Reviews Earth & Environment, vol. 3, no. 1, pp. 24-38).

Portanto, a degradação do permafrost rico em gelo pode aumentar o risco de vários perigos naturais, como subsidência, subsidência ou deslizamentos de terra, que podem danificar estradas, edifícios, oleodutos, aeroportos e outros tipos de infraestruturas presentes no território. Desde o início da década de 2000, o número de avaliações de riscos geológicos aumentou juntamente com o desenvolvimento de projeções climáticas. A distribuição circumpolar das áreas de alto risco depende de mudanças na espessura da camada ativa em combinação com o conteúdo de gelo no solo. Além disso, outros factores ambientais que também devem ser tidos em conta são a geologia da superfície, a temperatura e a degradação do permafrost, as taxas de erosão das encostas e da costa. (Hjort J. et all., 2022. “Impactos da degradação do permafrost na infraestrutura”. Nature Reviews Earth & Environment, vol. 3, no. 1, pp. 24-38).

No futuro, até 70% das infra-estruturas críticas circumpolares poderão estar em risco durante meio século. (Hjort J. et all., 2022. “Impactos da degradação do permafrost na infraestrutura”. Nature Reviews Earth & Environment, vol. 3, no. 1, pp. 24-38).

Impacto das mudanças climáticas no permafrost:.

As alterações climáticas estão a acelerar o degelo do permafrost, com implicações importantes para o sistema climático, os ecossistemas e as infra-estruturas humanas:.

1. Liberação de gases de efeito estufa.

O permafrost contém aproximadamente 1,7 trilhão de toneladas de carbono, mais que o dobro do carbono presente na atmosfera. À medida que as temperaturas globais aumentam, o degelo do permafrost liberta dióxido de carbono (CO₂) e metano (CH₄), dois poderosos gases com efeito de estufa. Este processo contribui para um ciclo de feedback positivo, intensificando o aquecimento global e ameaçando os objectivos climáticos internacionais.

2. Transformação dos ecossistemas.

O degelo do permafrost modifica os habitats da flora e da fauna nas regiões árticas. Por exemplo:.

-Vegetação: A perda de solos congelados favorece a expansão das florestas boreais para áreas de tundra.

-Fauna: Alterações no regime térmico do solo afetam espécies dependentes de ecossistemas congelados, como as renas e a raposa ártica.

3. Riscos para infra-estruturas.

O colapso do solo devido ao derretimento do gelo causa sérios danos às infraestruturas nas regiões do Ártico:

-Estradas e edifícios sofrem deformações e colapsos.

-Os oleodutos e gasodutos, como os da Sibéria, enfrentam riscos de ruptura.

-Estima-se que mais de 70% das infraestruturas do Ártico estarão em risco até 2050 se não forem tomadas medidas de adaptação.

4. Contribuição para a subida do nível do mar.

Nas regiões glaciares, o degelo do permafrost contribui para o deslizamento dos glaciares para o oceano, acelerando a subida do nível do mar. Este fenómeno amplifica os impactos das alterações climáticas nas costas de todo o mundo.

Referências:

[1].

Schuur, E.A.G., et al. (2015). Mudanças climáticas e o feedback do carbono no permafrost. Natureza, 520, 171–179.

[2].

Hugelius, G., et al. (2014). Estoques estimados de carbono do permafrost circumpolar com faixas de incerteza quantificadas e lacunas de dados identificadas. Biogeociências, 11, 6573–6593.

[3].

IPCC, 2021. Sexto Relatório de Avaliação: Mudanças Climáticas 2021. A Ciência Física.

Em contraste com a relativa escassez de relatórios sobre solo congelado na América do Norte antes da Segunda Guerra Mundial, existia uma vasta literatura em russo sobre a ciência básica do permafrost e os seus aspectos de engenharia. Alguns autores russos associam a pesquisa do permafrost ao nome de Alexander von Middendorff (1815-1894). No entanto, os cientistas russos também perceberam que Karl Ernst von Baer deveria receber o atributo de “fundador da investigação científica do permafrost”. Em 1843, o estudo original de Baer "Materiais para o Estudo do Gelo Terrestre Perene" estava pronto para impressão. O estudo detalhado de Baer consiste em 218 páginas e foi escrito na língua alemã, já que ele era um cientista alemão do Báltico. Lecionou na Universidade de Königsberg e tornou-se membro da Academia de Ciências de São Petersburgo. O primeiro livro do mundo sobre o permafrost foi concebido como uma obra completa e ficou pronto para impressão em 1843. Mas permaneceu perdido por cerca de 150 anos. No entanto, a partir de 1838, Baer editou várias publicações individuais sobre o permafrost. A Academia Russa de Ciências homenageou Baer ao publicar uma tentativa de tradução russa de seu estudo em 1942.

Esses eventos foram completamente esquecidos após a Segunda Guerra Mundial. Assim, em 2001, a descoberta do texto datilografado de 1843 nos arquivos da biblioteca da Universidade de Giessen e a sua publicação comentada foi uma sensação científica. O texto completo do trabalho original de Baer está disponível online (234 páginas).[10] O editor adicionou à reimpressão fac-símile um prefácio em inglês, dois mapas coloridos do permafrost da Eurásia e algumas figuras das características do permafrost. O texto de Baer é apresentado com comentários detalhados e referências em 66 páginas adicionais escritas pelo historiador estoniano Erki Tammiksaar. A leitura do trabalho é fascinante, porque tanto as observações de Baer sobre a distribuição do permafrost como as suas descrições morfológicas periglaciais permanecem hoje em grande parte correctas. Com a sua recolha e análise de todos os dados disponíveis sobre gelo terrestre e permafrost, Baer lançou as bases para a terminologia moderna do permafrost. O limite sul do permafrost na Eurásia desenhado por Baer em 1843 corresponde bem ao limite sul real no Mapa Circumártico do Permafrost e das Condições do Gelo Terrestre da Associação Internacional do Permafrost"). (editado por J. Brown et al.).

A partir de 1942, Siemon William Muller investigou a literatura russa relevante mantida na Biblioteca do Congresso dos Estados Unidos e na Biblioteca de Pesquisa Geológica dos Estados Unidos para que pudesse fornecer ao governo um guia de campo de engenharia e um relatório técnico sobre o permafrost em 1943, [11] ano em que ele cunhou o termo como uma contração da frase "permanentemente congelado". Strategic Engineering Study, no. 62, 1943),[12]​[13][14]​[15]​ Em 1947, um relatório revisado foi divulgado publicamente, que é considerado o primeiro tratado americano sobre o assunto.[15]​.

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El permafrost es el suelo, roca "Roca (geología)") o sedimento que está congelado durante más de dos años consecutivos. En las zonas no cubiertas por el hielo, existe debajo de una capa de suelo, roca o sedimento, que se congela y descongela anualmente y se denomina «capa activa».[19]​ En la práctica, esto significa que el permafrost se produce a una temperatura media anual de -2 °C o inferior. El grosor de la capa activa varía según la estación, pero tiene entre 0,3 y 4 metros de espesor (poco profundo a lo largo de la costa ártica, profundo en el sur de Siberia y en la Meseta Qinghai tibetana.

La extensión del permafrost se muestra en términos de zonas de permafrost, que se definen según el área subyacente al permafrost como continua (90%-100%), discontinua (50%-90%), esporádica (10%-50%) y parches aislados (10 % o menos).[20]​ Estas zonas de permafrost cubren en conjunto aproximadamente el 22 % del hemisferio norte. La zona de permafrost continuo cubre algo más de la mitad de esta área, el permafrost discontinuo alrededor del 20 %, y el permafrost esporádico junto con parches aislados poco menos del 30 %.[21]​ Debido a que las zonas de permafrost no están enteramente subyacentes por el permafrost, sólo el 15 % del área libre de hielo del Hemisferio Norte está realmente subyacente por el permafrost.[22]​ La mayor parte de esta área se encuentra en Siberia, el norte de Canadá, Alaska y Groenlandia. Por debajo de la capa activa, las oscilaciones anuales de temperatura del permafrost se reducen con la profundidad. La mayor profundidad del permafrost se produce allí 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: el "permafrost isotérmico".[23]​.

Continuidade da cobertura

O permafrost normalmente se forma em qualquer clima onde a temperatura média anual do ar esteja abaixo do ponto de congelamento da água. Como todas as geleiras são aquecidas em sua base pelo calor geotérmico, as geleiras temperadas, que estão próximas do ponto de fusão sob pressão em toda a sua extensão, podem ter água líquida na interface com o solo e, portanto, não ter permafrost subjacente.[24] Anomalias "fósseis" frias no gradiente geotérmico em áreas onde o permafrost profundo se desenvolveu durante o Pleistoceno persistem até várias centenas de metros. Isto é evidente a partir de medições de temperatura em poços na América do Norte e na Europa.[25]​.

A temperatura subterrânea varia menos de estação para estação do que a temperatura do ar, e as temperaturas médias anuais tendem a aumentar com a profundidade como resultado do gradiente geotérmico da crosta. Portanto, se a temperatura média anual do ar estiver apenas ligeiramente abaixo de 0 °C, o permafrost se formará apenas em locais cobertos, geralmente com um aspecto norte ou sul&action=edit&redlink=1 "Aspecto (geografia) (ainda não elaborado)") (nos hemisférios norte e sul). (nos hemisférios norte e sul, respectivamente) -criando permafrost descontínuo. Normalmente, o permafrost permanecerá descontínuo num clima onde a temperatura média anual da superfície do solo está entre -5 e 0 C. Nas zonas de inverno chuvoso mencionadas acima, o permafrost descontínuo pode nem estar presente até -2 graus Celsius (28,4 °F). O permafrost descontínuo é geralmente dividido em extenso permafrost descontínuo, onde o permafrost cobre entre 50 e 90 por cento da paisagem e é geralmente encontrado em áreas com temperaturas médias anuais entre -2 e -4 C, e permafrost esporádico, onde a cobertura do permafrost é inferior a 50 por cento da paisagem e geralmente ocorre em temperaturas médias anuais entre 0 e -2 C.[26]​

Na ciência do solo, a zona de permafrost esporádica é abreviada como SPZ e a extensa zona de permafrost descontínua DPZ'.[27]​.

As exceções estão na Sibéria e no Alasca não glaciais, onde a atual profundidade do permafrost é uma relíquia geológica das condições climáticas durante as eras glaciais, quando os invernos eram até 11°C mais frios do que hoje.

Em temperaturas médias anuais da superfície do solo abaixo de -5 C, a temperatura pode nunca ser suficiente para descongelar o permafrost e uma zona contínua de permafrost (abreviada como CPZ) é formada. Uma linha de permafrost contínuo no Hemisfério Norte[29]​ representa a fronteira mais meridional onde a terra é coberta por permafrost contínuo ou gelo glacial. A linha de permafrost contínuo varia ao redor do mundo em direção ao norte ou ao sul devido às mudanças climáticas regionais. No hemisfério sul, a maior parte da linha equivalente cairia no Oceano Antártico se lá existisse terra. A maior parte do continente Antártico é coberta por geleiras, sob as quais grande parte do terreno está sujeita ao derretimento basal.[30] O terreno exposto da Antártica é substancialmente sustentado por permafrost,[31]​ alguns dos quais estão sujeitos ao aquecimento e degelo ao longo da costa.[32]​.

Causas da degradação do permafrost

O desaparecimento de solos perenemente congelados está condicionado ao aumento da temperatura média da Terra devido ao aquecimento global.

De acordo com estudos recentes, um aumento significaria a perda de 40% do permafrost global. Se o Acordo de Paris for cumprido, que estabeleceu o objectivo de manter o aquecimento global abaixo de 0,25°C, tentando limitá-lo a, grande parte do permafrost mundial seria salva.

Os processos envolvidos na degradação do permafrost que podem causar riscos geológicos são os seguintes:

• Aquecimento do permafrost: o aumento da temperatura do solo pode causar o seu degelo e perda gradual da força de suporte. Os solos descongelados podem ser mais compressíveis ou ter menos coesão em comparação com quando estão congelados. Em particular, solos mais porosos, orgânicos ou ricos em água serão mais susceptíveis a alterações com o descongelamento, resultando num aumento do teor de água da camada activa.

• Espessamento da camada ativa devido ao aumento da temperatura.

• Desenvolvimento de camadas profundas descongeladas completamente livres de permafrost (também chamadas taliks).

(Hjort J. et all., 2022. “Impactos da degradação do permafrost na infraestrutura”. Nature Reviews Earth & Environment, vol. 3, no. 1, pp. 24-38).

Perigos associados ao desaparecimento do permafrost

O solo com permafrost apresenta propriedades muito variáveis ​​do estado congelado para o estado descongelado devido à mudança de fase de gelo para água e ao aumento de temperatura sofrido pela fração sólida isenta de água.

Quando há presença de água no substrato, os solos congelados apresentam maior resistência à medida que a temperatura diminui, ou seja, o gelo atua como cimento, unindo as partículas do solo. Quando a temperatura aumenta, a água descongelada na matriz de gelo pode apresentar propriedades de compressão e aumento da taxa de fluência. Se o ponto de congelamento do solo for excedido (T > 0°C), a capacidade de suporte é reduzida e o solo não consegue mais manter a estabilidade de engenharia acima, resultando em recalques diferenciais e danos à infraestrutura. (Hjort J. et all., 2022. “Impactos da degradação do permafrost na infraestrutura”. Nature Reviews Earth & Environment, vol. 3, no. 1, pp. 24-38).

Portanto, a degradação do permafrost rico em gelo pode aumentar o risco de vários perigos naturais, como subsidência, subsidência ou deslizamentos de terra, que podem danificar estradas, edifícios, oleodutos, aeroportos e outros tipos de infraestruturas presentes no território. Desde o início da década de 2000, o número de avaliações de riscos geológicos aumentou juntamente com o desenvolvimento de projeções climáticas. A distribuição circumpolar das áreas de alto risco depende de mudanças na espessura da camada ativa em combinação com o conteúdo de gelo no solo. Além disso, outros factores ambientais que também devem ser tidos em conta são a geologia da superfície, a temperatura e a degradação do permafrost, as taxas de erosão das encostas e da costa. (Hjort J. et all., 2022. “Impactos da degradação do permafrost na infraestrutura”. Nature Reviews Earth & Environment, vol. 3, no. 1, pp. 24-38).

No futuro, até 70% das infra-estruturas críticas circumpolares poderão estar em risco durante meio século. (Hjort J. et all., 2022. “Impactos da degradação do permafrost na infraestrutura”. Nature Reviews Earth & Environment, vol. 3, no. 1, pp. 24-38).

Impacto das mudanças climáticas no permafrost:.

As alterações climáticas estão a acelerar o degelo do permafrost, com implicações importantes para o sistema climático, os ecossistemas e as infra-estruturas humanas:.

1. Liberação de gases de efeito estufa.

O permafrost contém aproximadamente 1,7 trilhão de toneladas de carbono, mais que o dobro do carbono presente na atmosfera. À medida que as temperaturas globais aumentam, o degelo do permafrost liberta dióxido de carbono (CO₂) e metano (CH₄), dois poderosos gases com efeito de estufa. Este processo contribui para um ciclo de feedback positivo, intensificando o aquecimento global e ameaçando os objectivos climáticos internacionais.

2. Transformação dos ecossistemas.

O degelo do permafrost modifica os habitats da flora e da fauna nas regiões árticas. Por exemplo:.

-Vegetação: A perda de solos congelados favorece a expansão das florestas boreais para áreas de tundra.

-Fauna: Alterações no regime térmico do solo afetam espécies dependentes de ecossistemas congelados, como as renas e a raposa ártica.

3. Riscos para infra-estruturas.

O colapso do solo devido ao derretimento do gelo causa sérios danos às infraestruturas nas regiões do Ártico:

-Estradas e edifícios sofrem deformações e colapsos.

-Os oleodutos e gasodutos, como os da Sibéria, enfrentam riscos de ruptura.

-Estima-se que mais de 70% das infraestruturas do Ártico estarão em risco até 2050 se não forem tomadas medidas de adaptação.

4. Contribuição para a subida do nível do mar.

Nas regiões glaciares, o degelo do permafrost contribui para o deslizamento dos glaciares para o oceano, acelerando a subida do nível do mar. Este fenómeno amplifica os impactos das alterações climáticas nas costas de todo o mundo.

Referências:

[1].

Schuur, E.A.G., et al. (2015). Mudanças climáticas e o feedback do carbono no permafrost. Natureza, 520, 171–179.

[2].

Hugelius, G., et al. (2014). Estoques estimados de carbono do permafrost circumpolar com faixas de incerteza quantificadas e lacunas de dados identificadas. Biogeociências, 11, 6573–6593.

[3].

IPCC, 2021. Sexto Relatório de Avaliação: Mudanças Climáticas 2021. A Ciência Física.