Мәңгі муздақтың белсенді қабаты және топырақ қатып-еру процестері
Active layer
Жер қабатының тоңу-еру процесі, белсенді қабат, тоң топырақ, қысқы температураның әсері – бұл мақалада топырақтағы температура өзгерісі туралы ақпарат бар.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Тұңғиық бар ортада белсенді қабат – жаз бойы еріп, күзде қайта қатып қалған топырақтың үстіңгі қабаты. Барлық климаттарда, тұрақты тоң болсын немесе болмасын, топырақтың төменгі қабаттарындағы температура, қоршаған орта температурасының ең көп әсер ететін беткі қабатына қарағанда тұрақтырақ болады. Бұл, жылдар өте келе, қыста суыну мен жазда (қоңыржай климатта) жылынудың әсері тереңдеген сайын азаяды дегенді білдіреді. Егер қыста температура судың қату температурасынан төмен болса, топырақта мұз фронты пайда болады. Бұл "мұз фронты" – қатып қалған және ерімеген топырақ арасындағы шекара, ал көктем мен жаз келген кезде топырақ үнемі жоғарыдан төмен қарай еруге бастайды. Егер жазғы жылу қысқы суынудан артық болса, топырақ жазда толығымен еруге ұшырайды және тұрақты тоң болмайды. Бұл орташа жылдық температура 0°C (32°F) жоғары болғанда, сондай-ақ орташа жылдық температура күнге қарайтын, дөңгелек текстуралы негізгі материалдар (өсімдіктер) бар жерлерде 0°C-тан сәл төмен болғанда орын алады. Тоңған топырақты толығымен еруге жеткілікті жылу болмаған жағдайда тұрақты тоң пайда болады. Бұл ортадағы белсенді қабат жаз бойы еріп отыратын топырақтың үстіңгі қабаттарынан тұрады, ал белсенді емес қабат – жыл бойы тоңған, себебі жылу тереңге жетпейді. Сұйық су белсенді қабаттың астында ағуға мүмкін емес, нәтижесінде тұрақты тоң орталары нашар кеуекті және батпақты болып келеді.
In environments containing permafrost, the active layer is the top layer of soil that thaws during the summer and freezes again during the autumn. In all climates, whether they contain permafrost or not, the temperature in the lower levels of the soil will remain more stable than that at the surface, where the influence of the ambient temperature is greatest. This means that, over many years, the influence of cooling in winter and heating in summer (in temperate climates) will decrease as depth increases. If the winter temperature is below the freezing point of water, a frost front will form in the soil. This "frost front" is the boundary between frozen and unfrozen soil, and with the coming of spring and summer, the soil is thawed, always from the top down. If the heating during summer exceeds the cooling during winter, the soil will be completely thawed during the summer and there will be no permafrost. This occurs when the mean annual temperature is above 0 °C (32 °F), but also occurs when the mean annual temperature is slightly below 0 °C on sites exposed to the sun with coarse textured parent materials (vegetation). When there is not sufficient heat to thaw the frozen soil completely, permafrost forms. The active layer in this environment consists of the top layers of soil which thaws during the summer, while the inactive layer refers to the soil below which is frozen year round because the heat fails to penetrate. Liquid water cannot flow below the active layer, with the result that permafrost environments tend to be very poorly drained and boggy.
Тұтастай мұздық аймақтарында еру тереңдігі
Белсенді қабаттың қалыңдығы – беткі қабатты күннің қыздыруына байланысты мәңгілік тоң аймақтарындағы орташа жылдық еріу тереңдігі. Осылайша, белсенді қабаттың қалыңдығын анықтайтын басты фактор – жаз айларындағы ең жоғары температура. Егер ол 0 °C-тан аспаса, белсенді қабат өте жұқа болуы мүмкін (мысалы, Эллесмир аралында 10 см ғана), ал температура жоғары болса, ол әлдеқайда қалың (Якутскте шамамен 2,5 м), ал мәңгілік тоң үздірілісті болса және топырақ ертерек еруге бастаса, тіпті қалыңдауы мүмкін (Йеллоунайфте 5 метрге дейін). Топырақтың бастапқы материалы да маңызды: құмды немесе қиыршық тасты материалдан құралған топырақтағы белсенді қабат, сазды немесе балшықты материалдан құралған топыраққа қарағанда бес есе терең болуы мүмкін. Бұл себебі, ірі бөлшектер топыраққа жылуды жақсы өткізеді. Бұл маңызды, өйткені өсімдіктердің тамырлары белсенді қабаттан тереңге енбейді және оның қалыңдығымен шектеледі. Сондықтан, үздірілісті мәңгілік тоңайған жерде өсімдіктердің тамыр жүйесі беткі болуы керек, бұл Larix сияқты арнайы түрлердің өсуіне ғана мүмкіндік береді. Үздірілісті мәңгілік тоңайған аймақтарда көптеген қылқан жапырақты ағаштар оңай өсе алады.
The thickness of the active layer is the average annual thaw depth in permafrost areas, due to solar heating of the surface. Thus, the primary determinant of active layer thickness is the maximum temperature attained during the summer. If it is only a little above 0 °C, the active layer can be very thin (only 10 cm on Ellesmere Island), whilst if it is quite warm, it is much thicker (about 2.5 m at Yakutsk), and if the permafrost is discontinuous and soil begins thawing earlier, it can be still thicker (5 meters at Yellowknife). The parent material of the soil is also important: active layers in soils made of sandy or gravelly parent materials can be up to five times deeper than those made from loam or clay rich parent material. This is because the coarser material allows for much greater conductivity of heat down into the soil. This is important because roots of plants cannot penetrate beyond the active layer and are restricted by its thickness. Thus, in a continuous permafrost environment plants must have shallow roots, which restricts tree growth to specialised species such as Larix. In areas of discontinuous permafrost, most conifers are able to grow easily.
Белсенді қабаттағы топырақ түзілуі
Криотурбация белсенді қабаттағы басым күш болып табылады және оны құрамы жағынан біркелкі етуге ұмтылады. Дегенмен, топырақтың құрамындағы айырмашылықтар, аналық тау жыныстарының өзгешелігіне байланысты, өте суық климаттағы пермафрост аймақтарында айқын байқалады, себебі ауа райының ыдырау қарқыны төмен. Органикалық заттардың ыдырау жылдамдығының баяу болуы гелизольдардың (мәңгі тоң топырақтарының) көмірқышқыл газын сіңіру ортасы ретінде маңызды рөл атқаратынын білдіреді. Бұл көмірқышқыл газы және басқа да жылуханалық газдар (көбінесе метан) көптеген гелизольдерде қалған артық органикалық заттардың өте баяу ыдырауынан түзіледі және салыстырмалы түрде ыстық жаздарда, ал 5000-6000 жыл бұрынғы жылы кезеңдерде перелеток қабатына және одан төмен араласады. Көміртегінің осылай сақталуы пермафросттың еруіне байланысты жаһандық жылынудың қарқынын күшейтуі мүмкін. Кейбір зерттеулерге сәйкес, бұл айырмашылық, әсіресе көміртегі соңғы мұз дәуірінің ең жоғары нүктесінен бұрын сақталған болса, өте маңызды болуы мүмкін.
Cryoturbation is the dominant force operating in the active layer, and tends to make it generally uniform in composition throughout. However, variation in the composition of soils due to differences in parent rock are very marked in permafrost regions due to the low rate of weathering in the very cold climate. The slow rate of decomposition of organic material means gelisols (permafrost soils) are very important as a sink for carbon dioxide. This carbon dioxide and other greenhouse gases (chiefly methane) forms from the very slow decomposition of the excess organic matter that remains in most gelisols and is mixed down into the pereletok layer during relatively hot summers and below that layer during warmer periods about 5000 to 6000 years ago. This storage of carbon means thawing of permafrost may accelerate global warming some suggest the difference could become very significant especially if the carbon has been stored since before the recent glacial maxima.