ערך מומלץ

קפאת-עד

מתוך ויקיפדיה, האנציקלופדיה החופשית
קפיצה לניווט קפיצה לחיפוש
מפה המראה את תחומי קפאת-עד וסוגיה השונים בחצי הכדור הצפוני
התמוטטות המדרון של קרקע בקפאת-עד חושפת עדשות קרח

קִפְאַת עַד או קִפָּאוֹן עַדאנגלית: Permafrost) הוא מונח בגאולוגיה המתייחס לקרקע הנמצאת בטמפרטורה של נקודת הקיפאון של המים (0°C), או בטמפרטורה נמוכה יותר, במשך שנתיים לפחות. מרבית הקרקעות במצב זה שוכנות בקווי רוחב גבוהים (בתוך אזורי החוג הארקטי והחוג האנטארקטי ובקרבתם), אבל קפאת-עד אלפינית יכולה להתקיים במקומות גבוהים בקווי רוחב נמוכים יותר. לא תמיד יש קרח בתוך הקרקע, כמו במצב של סלע אם אטוּם, אבל הוא מצטבר לעיתים קרובות, ולפעמים בכמויות העולות על קיבול המים המרבי של הקרקע. החלק היחסי של קפאת-עד בסך כל המים על פני כדור הארץ הוא 0.022%,[1] ו-24% מהקרקע החשופה של חצי הכדור הצפוני שרויה במצב של קפאת-עד.[2] קפאת-עד קיימת גם בקרקעית הים על מדף היבשת של היבשות שסביב אוקיינוס הקרח הצפוני, שחלקים ממנו נחשפו בעידן הקרח האחרון.[3]

על פי טענה של קבוצת מדענים, מספיקה התחממות עולמית בגובה 1.5°C מעל ממוצע הטמפרטורות הנוכחי על מנת לגרום להפשרת קפאת-העד של סיביר.[4]

תחום השטח של קפאת-עד והשפעותיה[עריכת קוד מקור | עריכה]

הקו האדום הרציף שהופך למקווקו מייצג את פרופיל הטמפרטורה הממוצעת יחסית לעומק הקרקע באזורי קיפאון העד. הקווים בצורת חצוצרה בחלק העליון מראים את השונות העונתית בין הטמפרטורה המקסימלית והמינימלית ב"שכבה הפעילה", והם מצטלבים בעומק שבו הטמפרטורה השנתית המקסימלית היא 0°C. השכבה הפעילה קופאת עונתית. השכבה האמצעית קפואה תמיד כ"קפאת-עד". בשכבה התחתונה הטמפרטורה הגאותרמית היא מעל נקודת הקיפאון. שימו לב לחשיבות של קו ה-0°C: הוא מסמן את תחתית השכבה הפעילה באזור הטמפרטורות המשתנות עונתית והגבול התחתון של קיפאון העד כשהטמפרטורות מתחילות לעלות עם הירידה לעומק.

קפאת-עד היא קרקע, סלע או משקעים הקפואים יותר משנתיים רצופות. בשטחים שאינם מכוסים על ידי קרח, הוא קיים מתחת לשכבה של קרקע, סלעים או משקעים, הקופאת ומפשירה במהלך השנה והקרויה "השכבה הפעילה" (באנגלית "active layer").[3] בפועל מתרחשת קפאת-עד בכל מקום שבו הטמפרטורה השנתית הממוצעת של האוויר היא 2°C- או קרה יותר. עובי השכבה הפעילה משתנה עונתית, ונעה בין 0.3 מטרים ל-4 מטרים (שכבה רדודה לאורך חופי האוקיינוס הארקטי, עמוקה יותר בדרום סיביר וברמת צ'ינגהאי-טיבט). 24% של הקרקע בחצי הכדור הצפוני שאינה מכוסה בקרח, כ-19 מיליון קילומטרים מרובעים,[5] מושפעת פחות או יותר מקפאת-עד. מרבית שטח זה נמצא בסיביר בצפון קנדה, אלסקה וגרינלנד. שינויי הטמפרטורה השנתיים של קיפאון העד מתחת לשכבה הפעילה הולכים וקטנים עד הירידה לעומק. העומק הגדול ביותר של קיפאון העד מתרחש היכן שהחום הגאותרמי מגיע לטמפרטורה מעל לנקודת הקיפאון. מעל גבול תחתון זה יכולה להיות שכבה במצב קפאת-עד שהטמפרטורה שלה אינה משתנה במהלך השנה - "קפאת-עד איזותרמית".[6]

גודל השטח שבו יש קפאת-עד משתנה יחד עם האקלים. נכון לעשור השני של המאה ה-21 מכוסה שטח נכבד של האזור הארקטי בקפאת-עד (כולל קפאת-עד עונתית). מעל קפאת-עד מכסה שכבה פעילה המפשירה במהלך הקיץ. צמחים יכולים לגדול רק בתוך השכבה הפעילה מכיוון שצמיחה יכול להתרחש רק בקרקע שהפשירה לגמרי, לפחות בחלק מהשנה. עובייה של השכבה הפעילה משתנה מדי שנה ותלוי גם במיקום הגאוגרפי, אבל היא בין 0.6 מטרים ל-4 מטרים. באזורים שבהם יש קפאת-עד רציפה, וחורפים קרים מאוד, יכול עומקה של שכבת קיפאון העד להגיע לעומק של עד 1,493 מטרים כמו בצפון האגנים של הנהרות לנה וינה בסיביר.[7] קיפאון העד יכול גם לאחסן פחמן, הן ככבול והן כמתאן. מחקרים שבדקו את כמות הפחמן העריכו שבאזור קיפאון העד שסביב הקוטב הצפוני מאוחסנים בין 1,400 ל-1,700 מיליארד טון פחמן.[5] בעוד שמחקר עדכני יותר שכלל גם את אזור קיפאון העד של רמת טיבט העריך שסך כל הפחמן המאוחסן באזורי קיפאון העד של חצי הכדור הצפוני הוא 1,832 מיליארד טון.[8] כמות פחמן גדולה זו גדולה יותר מאשר כל הפחמן שיש ביצורים חיים כיום.

קרח קרקעי מסיבי[עריכת קוד מקור | עריכה]

חציבה בקפאת-עד עשיר בקרח באלסקה באמצעות פטיש אוויר.

כאשר תכולת הקרח של קיפאון העד עולה על 250 אחוזים (היחס בין משקל הקרח למשקל הקרקע היבשה) הוא מסווג כקרח מסיבי. ההרכבים של גופי קרח מסיביים יכולים להשתנות בכל טווח האפשרויות מקרח בוצי ועד קרח טהור. עוביין של שכבות קרח מסיבי הוא לפחות שני מטרים, וקוטרן לפחות 10 מטרים.[9] שכבות הקרח זוהו לראשונה בתצפיות באמריקה הצפונית על ידי מדענים אירופאים בנהר קנינג (Canning River) באלסקה ב-1919,[10] אבל התופעה הייתה מוכרת הרבה קודם לכן. בספרות הרוסית מיוחסת התגלית במסעות הגדולים צפונה על ידי פטר לסיניוס ב-1735 וחריטון לפטב (Харитон Прокофьевич Лаптев) ב-1739.

זוהו שתי קטגוריות עיקריות של קרח קרקעי מסיבי: קרח קבור מתחת לפני השטח וקרח בין שכבות משקעים (Intrasedimental ice).

קרח קבור מתחת לפני השטח כולל שלג, אגם, נהר או ים קפואים וקרוב לוודאי, שהנפוץ ביותר, הוא קרח מקרחונים שנקברו תחת הקרקע.[11]

קרח בין שכבות משקעים נוצר בקפיאה במקום של מי תהום, כשעיקר הקרח נחלק לשכבות שונות שמקורן בתהליך הגיבוש המפריט[א] במהלך הקפיאה של משקעים לחים, מלווה במים הזורמים אל חזית הקפיאה.[12]

קרח בין שכבות משקעים נצפה ונחקר בשטחים נרחבים בקנדה והוא כולל גם קרח חודר וקרח מוזרק. חוקרים רוסיים ניסחו את התאוריות המקוריות על תכלילים של קרח בקרקעות קופאות.

בנוסף, אם כי בתחום קטגוריה נוספת של קרח קבור בקרקע, טריזי קרח הם סוג מרהיב עין של קרח קבור בקרקע המייצר תבנית קרקע של מצולעים. טריזי קרח הם צורות מובחנות של קרח מסיבי שהן בדרך כלל צעירות מהמצע סביבן ונחקרו לראשונה ב-1919.

קפאת-עד רציפה ושאינה רציפה[עריכת קוד מקור | עריכה]

קפאת-עד נוצרת בדרך כלל בכל אקלים שבו הטמפרטורה השנתית הממוצעת של האוויר בפני הקרקע היא פחות מנקודת הקיפאון של מים. יוצאים מכלל זה קיימים באקלימים של היערות הלחים בחורף, כדוגמת צפון סקנדינביה וצפון-מזרח החלק האירופאי של רוסית מערבית להרי אורל, בהם שלג מתפקד כשמיכה מבודדת. גם אזורים מכוסי קרחונים יוצאי דופן. מכיוון שכל הקרחונים מחוממים בבסיסם בחום גאותרמי, בממשק בין קרחונים מהאזור הממוזג, המצויים כל הזמן קרוב לנקודת הקיפאון, לבין הקרקע יש שכבת מים ולכן הקרקע איננה במצב של קפאת-עד.[13]

הטמפרטורות מתחת לקרקע משתנות פחות בדרך כלל מעונה לעונה מאשר טמפרטורת האוויר, כשהטמפרטורות נוטות לטפס ככל שמעמיקים. כך, אם טמפרטורת האוויר הממוצעת השנתית היא נמוכה במעט מ-0°C, תיווצר קפאת-עד רק במקומות מוגנים - בדרך כלל במדרון הצפוני. עקב כך נוצרת התופעה המכונה קפאת-עד בלתי רציפה. בדרך כלל תהיה קפאת-עד בלתי רציפה במקומות שבהם הטמפרטורה השנתית הממוצעת של פני הקרקע בין 5°C- ל-0°C. קפאת-עד בלתי רציפה מתחלקת לעיתים קרובות לקפאת-עד נרחבת, שבה מכסה קפאת-עד בין 50 ל-90 אחוז מהאזור והיא מצויה בדרך כלל באזורים שבהם הטמפרטורה השנתית הממוצעת של פני הקרקע היא בין 2°C- ל-4°C-, וקפאת-עד פזורה שבה קפאת-עד מכסה פחות מ-50% מהאזור והיא מצויה בדרך כלל באזורים שבהם הטמפרטורה השנתית הממוצעת של פני הקרקע היא בין 0°C- לבין ל-2°C-. במדע הקרקע מסמנים קפאת-עד פזורה כ-SPZ (קיצור של sporadic permafrost zone), וקפאת-עד נרחבת כ-DPZ (קיצור של discontinuous permafrost zone).[14]

יוצאי דופן הם האזורים שאינם מכוסים בקרח בסיביר ובאלסקה בהם העומק הנוכחי של קיפאון-העד הוא שריד מתנאי אקלים שהתרחשו בעידני הקרח שבהם החורפים היו קרים עד 11°C מאשר כיום. במקומות שבהם הטמפרטורה השנתית הממוצעת של פני הקרקע מתחת ל-5°C- ההשפעה העונתית לא מספיקה על מנת להפשיר קפאת-עד ונוצר אזור של קפאת-עד רציפה המסומנת כ-CPZ (קיצור של Continuous Permafrost Zone). אנומליה של קור מתרחשת במצבים שבהם הטמפרטורה אינה עולה עם העומק ומקורה באזורים שבהם התפתח קפאת-עד עמוקה בפליסטוקן לעומק של כמה מאות מטרים. האנומליה של סולקי (Suwałki) בפולין הובילה להבנה שהפרעות תרמיות הקשורות לשינויים אקלימיים בפליסטוקן-הולוקן מתועדים בקידוחים לעומק ברחבי פולין.[15]

קו של קפאת-עד רציפה בחצי הכדור הצפוני מייצג את הגבול הדרומי ביותר שהקרקע במצב של קפאת-עד רציפה או שהיא מכוסה בקרחונים. קו קיפאון העד הרציף סביב העולם נע צפונה או דרומה כתלות בשינויים האקלימיים המקומיים. הקו המקביל בחצי הכדור הדרומי היה משתרע באוקיינוס הדרומי לו הייתה שם יבשה. מרבית אנטארקטיקה מכוסה בקרחונים.

בהרי האנדים לאורך מדבר אטקמה משתרע קיפאון העד מהפסגות ועד לגובה של 4,400 מטרים והוא רציף מעל 5,600 מטרים.

קפאת-עד תת-ימית[עריכת קוד מקור | עריכה]

קפאת-עד תת-ימית מתרחשת מתחת לקרקעית הים וקיימת במדפי היבשת באזורי הקוטב הצפוני.[3] אזורים אלו נוצרו במהלך עידן הקרח האחרון, כאשר חלק גדול מהמים על פני כדור הארץ התרכז בקרחונים על פני האדמה ופני הים היו אז נמוכים יותר. כשהקרחונים התמוססו והפכו מחדש למי ים, הפך קיפאון העד למדפי יבשת מתחת למים תחת תנאים של חמימות ומליחות יחסית, בהשוואה לקפאת-עד של פני השטח. משום כך, קפאת-עד תת-ימית קיימת בתנאים המובילים להקטנתה. לדברי טום אוסטרקמפ (Tom Osterkamp) מאוניברסיטת אלסקה מהווה קפאת-עד תת-ימית גורמת ב"תכנון, בנייה, ותפעול של מתקני חוף, מבנים שיסודותיהם בקרקעית הים, איים מלאכותיים, צינורות תת-ימיים ובארות הנחפרים לחיפושי נפט או להפקתו.[16] הוא גם מכיל במקומות מסוימים גזים, שהם "מקור אנרגיה פוטנציאלית המצוי בשפע", אבל גם יכולים לגרום לחוסר יציבות כאשר קיפאון העד התת-מימי מתחמם ומפשיר ומשחרר כמויות גדולות של גז מתאן שהוא גז חממה רב-עוצמה.[16][17]

הזמן ליצירת קפאת-עד עמוקה[עריכת קוד מקור | עריכה]

הזמן שנדרש לקיפאון העד להגיע לעומק במפרץ פרודהו באלסקה[18]
זמן (שנים) עומק קיפאון העד במטרים
1 4.44
350 79.9
3,500 219.3
35,000 461.4
100,000 567.8
225,000 626.5
775,000 687.7

חישובים הראו שהזמן הנדרש ליצור את קיפאון העד העמוק שמתחת למפרץ פרודהו באלסקה היה מעל לחצי מיליון שנים.[18] תקופה זו כללה כמה מחזורים של עידני קרח ותקופות שבין עידני הקרח בפליסטוקן, ומכך מסיקים שהאקלים הנוכחי של מפרץ פרודהו הוא ככל הנראה חמים הרבה יותר מהממוצע במשך תקופה זו. התחממות זו במהלך 15,000 השנים האחרונות מקובלת על רבים.[18] הטבלה משמאל מראה שמאה המטרים הראשונים של קיפאון העד נוצרו יחסית במהירות, אבל בעומק גדול יותר הקיפאון נוצר בהדרגה לאט יותר.

מחזור הפחמן בקפאת-עד[עריכת קוד מקור | עריכה]

מחזור הפחמן בקיפאון העד (מחזור הפחמן הארקטי) מתייחס למעבר פחמן מאדמות קיפאון העד לצמחייה וחיידקים, ומהם לאטמוספירה, בחזרה לצמחים, ולבסוף בחזרה לקרקעות קיפאון העד דרך כיסוי ושיכוב בשל תהליכים קריוגניים.[ב] חלק מפחמן זה מועבר לאוקיינוסים ולחלקים אחרים בכדור הארץ באמצעות מחזור הפחמן העולמי. המחזור כולל החלפה של פחמן דו-חמצני ומתאן בין רכיבים יבשתיים לבין האטמוספירה, כמו גם מעבר של פחמן בין יבשה לים כמתאן, כפחמן אורגני מומס, כפחמן אנאורגני מומס, כחלקיקי פחמן אנאורגניים וכחלקיקי פחמן אורגניים.[ג][19]

צורות נוף[עריכת קוד מקור | עריכה]

תהליכי קפאת-עד מתבטאים בצורות נוף בקנה מידה גדול, כדוגמת פלסה (palsa)[ד] ופינגו (pingo)[ה][20] ותופעות בקנה מידה קטן יותר, כדוגמת תבניות בקרקע אותן ניתן לפגוש באזור הארקטי, הקדם קרחוני והאזורים האלפיניים.[21]

השפעת שינוי האקלים העולמי על גודל אזור הקפאת-עד[עריכת קוד מקור | עריכה]

שינויים היסטוריים בקפאת-עד[עריכת קוד מקור | עריכה]

קיפאון עד שהפשיר לאחרונה באזור הארקטי וסחיפה חופית בים בופור, האוקיינוס הארקטי, סמוך לפוינט לונלי (Point Lonely) באלסקה. צילום מאוגוסט 2013

בנקודת המקסימום של התפשטות הקרחונים האחרונה כיסתה קפאת-עד רציפה שטח גדול בהרבה מהשטח אותו הוא מכסה כיום, כשהוא משתרע על כל השטח שאינו מכוסה בקרח באירופה דרומית עד בערך סגד (דרום מזרח הונגריה) וים אזוב (אז שטח יבשתי)[22] ומזרח אסיה ודרומה עד צ'אנגצ'ון של ימינו ואבאשירי ביפן של ימינו.[23] באמריקה הצפונית הייתה קיימת רצועה צרה מאוד של קפאת-עד דרומית למשטח הקרח בערך בקו הרוחב של ניו ג'רזי דרך דרום איווה וצפון מיזורי, אבל קפאת-עד הייתה נרחבת יותר באזורים המערביים היבשים יותר שם היא השתרעה עד לגבול הדרומי של איידהו ואורגון.[24] בחצי הכדור הדרומי קיימת עדות מסוימת לקפאת-עד מתקופה זו ממרכז אוטגו ופטגוניה בארגנטינה,[25] אבל הוא היה בלתי רציף ככל הנראה, והוא קשור לטונדרה. קפאת-עד אלפינית התחוללה גם בדראקנסברג בדרום אפריקה במהלך שיא התפשטות הקרחונים מעל לגובה של 3,400 מטרים.[26]

על פי דו"ח ההערכה החמישי של הפנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים עלו הטמפרטורות של קיפאון העד במרבית האזורים מתחילת שנות ה-80 של המאה ה-20. ההתחממות שנמדדה הייתה עד 3°C בחלקים מצפון אלסקה (בין תחילת שנות ה-80 לאמצע העשור הראשון של המאה ה-21) ועד 2°C בחלקים הצפון אירופאים של רוסיה (2010-1971).[27] ביוקון, ייתכן שאזור קיפאון-העד הרציף נע 100 קילומטרים בכיוון הקוטב מאז 1899, אבל מדידות מדויקות קיימות רק 30 שנים.

משערים שהפשרה של קיפאון-העד תחמיר את ההתחממות העולמית בשל שחרור מתאן ופחמימנים אחרים, שהם גזי חממה יעילים, לאטמוספירה.[28][29][30] ההפשרה גם תגביר את הסחיפה משום שקיפאון העד מייצב את המדרונות הארקטיים החשופים.

קצב משוער של שינויי הטמפרטורה באזור הארקטי[עריכת קוד מקור | עריכה]

משערים שהטמפרטורות באזור הארקטי יעלו בקצב כפול מקצב הגידול העולמי.[27] הפנל הבין-ממשלתי לשינוי האקלים קבע בדו"ח החמישי שלו תסריטים לעתיד, שבהם הטמפרטורות באזור הארקטי יעלו בין 1.5°C ל-2.5°C עד 2040 ו-2°C עד 7.5°C עד 2100. קיימות כמה הערכות בנוגע למשקל גזי החממה שיפלטו מקיפאון העד שיפשיר. אומדן אחד משער שבין 110 ל-231 מיליארד טון של CO2 ומקביליו (כמחצית מפחמן דו-חמצני והמחצית השנייה ממתאן) יפלטו עד 2040 ובין 850 ל-1,400 מיליארד טון עד 2100.[31] אומדן זה מקביל לפליטה שנתית ממוצעת של 4–8 מיליארד טון CO2 ומקביליו בתקופה 2011–2040 ו-10–16 מיליארד טון CO2 ומקביליו בתקופה 2041–2100 כתוצאה מקפאת-עד שהפשירה. לשם השוואה, הפליטה של גזי חממה כתוצאה ישירה מפעילות אנושית ב-2010 הייתה 48 מיליארד טון של CO2 ומקביליו.[32] שחרור גזי החממה מקפאת-עד שהפשירה לאטמוספירה עלול להגביר את ההתחממות העולמית.

הפשרה של קפאת-עד כנגד המסה[עריכת קוד מקור | עריכה]

שלוליות של הפשרה של קפאת-עד באדמות הכבול במפרץ הדסון בקנדה, 2008.[33]

קרקע עשויה להכיל חומרי מצע רבים כולל, סלעים, משקעים, חומרים אורגניים, מים או קרח. קרקע קפואה מוגדרת כקרקע הנמצאת מתחת לנקודת הקיפאון של המים, בלא קשר למידת הנוכחות של מים במצע. קרח לא תמיד נוכח בקרקע, כפי שהמצב בסלעים אטומים, אבל הוא קיים במקרים רבים, והוא יכול להיות נוכח בכמויות העולות על קיבול המים המרבי של המצע המופשר.

על פי הגדרתה, קפאת-עד היא קרקע הקפואה לפחות שנתיים. מכיוון שאדמה קפואה, כולל קפאת-עד, מכילה אחוז גדול של חומרי מצע שאינם קרח, היא עוברת הפשרה ולא המסה כשהטמפרטורה שלה עולה מעל לנקודת הקיפאון של המים, אף שבמצב זה תכולת הקרח בתוכה נמסה.[34] אנלוגיה מקבילה היא השארת דלת המקפיא פתוחה. אף שהקרח במקפיא ישנה מצב לנוזל, מוצקי המזון לא יעברו שינוי מצב. בסך הכול, האוכל מפשיר, אבל לא נמס. משמעות המסה היא שינוי מצב של כל המוצקים לנוזל.

השלכות אקולוגיות[עריכת קוד מקור | עריכה]

בכל רחבי העולם מכיל קיפאון העד 1,700 מיליארד טון של חומרים אורגניים,[5] כמות שוות ערך למחצית החומרים האורגניים בכל הקרקעות. מאגר זה נבנה במשך אלפי שנים והוא מתפרק לאט מאוד בתנאי הקור של האזור הארקטי. כמות הפחמן הקבורה בקיפאון העד היא פי ארבעה מסך כל הפחמן שנפלט לאטמוספירה כתוצאה מפעילות אנושית בתקופה המודרנית.[31] עדות אחת לכך היא ידומה, שהיא קרקע לס מתקופת הפליסטוקן עשירה בחומרים אורגניים (כ-2% פחמן במשקל) במצב של קפאת-עד שבה בין 50% ל-90% מהנפח הוא מים.[35]

להיווצרות קפאת-עד יש השלכות משמעותיות על מערכות אקולוגיות, בעיקר בשל מגבלות העומק שהוא מציב בפני שורשי העצים, אבל גם בשל ההגבלות על הגאומטריה של מאורות ושוחות עבור פאונה הדורשת משכן תת-קרקעי. השפעות משניות הן על מינים התלויים בצמחים ובבעלי חיים שבית הגידול שלהם מוגבל לאזורי קפאת-עד. אחת הדוגמאות הנפוצות ביותר הוא הדומיננטיות של אשוחית שחורה (Picea mariana) באזורים של קפאת-עד, מכיוון שמין זה הסתגל לתבנית שורשים המוגבלים לאזור בקרקע בסמוך לפני השטח.[36] סימן חזותי אחד להצטמצמות קיפאון העד הוא נטיית עצים ממין זה מהמנח האנכי שלהם בחלק מאזורי קיפאון העד,[37] תופעה שבני המקום מכנים "היער השיכור".[38]

גרם אחד מהקרקע של השכבה הפעילה עשוי לכלול יותר ממיליארד תאי חיידקים. אם נציב חיידקים זה אחר זה, אזי חיידקים מקילוגרם אחד של השכבה הפעילה יצרו שרשרת באורך 1,000 קילומטרים. מספר המיקרואורגניזמים בקרקע בקפאת-עד משתנה מאוד, ממיליון ועד 1,000 מיליון לגרם קרקע.[39] מרבית החיידקים והפטריות לא ניתנים לגידול במעבדה, אבל ניתן לזהות מיקרואורגניזמים אלו באמצעות טכניקות מבוססות DNA.

אם כמות משמעותית של פחמן תיכנס לאטמוספירה היא תאיץ את התחממות כדור הארץ. חלק נכבד מכך יהיה בצורת מתאן, הנוצר בהתפרקות חומרים אורגניים באגמים או בביצות. אף שהוא לא נשאר באטמוספירה לזמן רב, המתאן לוכד יותר מחום השמש. האזור הארקטי הוא אחד מהמקורות הטבעיים הרבים של גז החממה מתאן.[40] התחממות עולמית מאיצה את שחרורו, הן בשל שחרור מתאן ממצבורים קיימים והן מייצור מתאן מביומסה מרקיבה.[41] כמויות גדולות של מתאן מאוחסנות באזור הארקטי במאגרי גז טבעי, קפאת-עד וכמתאן קלטרט תת-ימי. קפאת-עד וקלטרטים מתפרקים בהתחממות, עקב כך עלולות להשתחרר כמויות גדולות של מתאן כתוצאה מהתחממות עולמית.[42][43] מקורות נוספים של מתאן כוללים טאליקים תת-מימיים,[ז] בתוך הסעת נהרות, נסיגת מתחמי קרחונים, קפאת-עד תת-ימית ומאגרי הידרט גזי[ח] המתפרק.[44] אנליזות ראשוניות באמצעות מחשב הראו שקפאת-עד יכולה לייצר פחמן שווה ערך ל-15% מפליטת פחמן מפעילות אנושית.[45]

שינוי אקלים ויציבות המדרונות[עריכת קוד מקור | עריכה]

במהלך המאה הקודמת תועדו מספר הולך וגדל של אירועי התמוטטות מדרונות סלעיים אלפיניים ברכסי ההרים סביב העולם. מקור חלק גדול מכשלים מבניים אלו הוא בשל הפשרת קפאת-העד, שמשערים כי היא נובעת משינויי האקלים. ניתן ליחס את מרבית היציבות המבנית ברכסי ההרים לקרחונים וקפאת-עד. ככל שהאקלים מתחמם, קפאת-עד מפשירה, ועקב כך מבנה ההר הופך יציב פחות, ובסופו של דבר המדרון מתמוטט.[46] בסמוך לאגן הנהר יאנה, באזור נרחב של קפאת-עד התהווה שקע המכונה מכתש בטאגייקה (кратер Батагайка) ההולך ומתרחב. אורכו, נכון לתחילת 2016, קילומטר ועומקו עד 86 מטרים. השקע נוצר כתוצאה מהתמוססות הקרח מתחת לשכבת הקרקע העליונה ושקיעתה עקב כך,[47] בדומה להיווצרות בולענים באזור ים המלח עקב המסת שכבת המלח התת-קרקעית.

נושאים נוספים הקשורים לקפאת-עד[עריכת קוד מקור | עריכה]

האגודה הבינלאומית לקפאת-עד (International Permafrost Association), בראשי תיבות IPA, מתאמת נושאים הקשורים לקפאת-עד. היא מארגנת את הכנסים הבינלאומיים לקפאת-עד, יוזמת פרויקטים מיוחדים כדוגמת הכנת מאגרי מידע, מפות, ביבליוגרפיות ומונחונים, ומתאמת פעילויות מחקר. בין הנושאים האחרים בהם מטפלים ה-IPA וארגונים נוספים: בעיות הבנייה על קפאת-עד, בשל השינוי במאפייני הקרקע שעליה מוצבים המבנים והתהליכים הביולוגיים בקפאת-עד, למשל שימור אורגניזמים שקפאו אין סיטו.

בנייה על קפאת-עד[עריכת קוד מקור | עריכה]

בנייה על קפאת-עד היא משימה קשה משום שהחום שנוצר במבנה (או בצינור נפט) יכול להפשיר את קפאת-העד ולערער את יסודות המבנה. שלוש השיטות הנפוצות כוללות: שימוש ביסודות של קורות עץ המוחדרות לעומק. בנייה על משטח חצץ עבה (בדרך כלל בעובי שבין מטר לשני מטרים); או שימוש בצינורות חימום של אמוניה.[48][49] קו צינור הנפט טראנס-אלסקה משתמש בצינורות חימום שנבנו לתוך התומכות של צינור הנפט שנועדו לתעל את החום מהנפט המחומם שבתוך הצינורות כלפי מעלה כדי למנוע את הפשרת הקרקע ושקיעת הצינור. ומסילת הרכבת צ'ינגדזאנג בטיבט משתמשת במגוון שיטות לשמור על האדמה קפואה, בייחוד באזורים שהקרקע עלולה להתרומם כשקרח מצטבר מתחתיה.[50] קפאת-עד יכולה לחייב הקמת מתחמים מגודרים עבור מתקני שירות תת-קרקעיים המכונים "מנהרות תשתית".

מכון המחקר של קפאת-עד ביקוטסק מצא שניתן למנוע שקיעה של בניינים גדולים לתוך הקרקע באמצעות שימוש ביסודות השקועים לעומק של 15 מטרים או יותר.[51] בעומק זה הטמפרטורה אינה משתנה עונתית, כשהיא קבועה על 5°C-.

החייאה של אורגניזמים שהשתמרו בקפאת-עד[עריכת קוד מקור | עריכה]

ב-2012, הוכחו חוקרים רוסים שקפאת-עד יכולה לשמש כמחסן שימור טבעי לצורות חיים עתיקות בעזרת החייאה של הצמח Silene stenophylla מרקמת תאים של הצמח בו 30,000 שנים שנתגלה בחפירה בקפאת-עד סיבירית. הצמח פורה, ייצר פרחים לבנים וזרעים שניתן היה לגדל מהם. המחקר הוכיח שרקמת תאים יכולה לשרוד שימור בקרח למשך עשרות אלפי שנים.[52]

קישורים חיצוניים[עריכת קוד מקור | עריכה]

ויקישיתוף מדיה וקבצים בנושא קפאת-עד בוויקישיתוף

ביאורים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ שורת תהליכים הדרגתיים של התבדלוּת והתגבשות היוצרים הבדלים בתוצרי הקפיאה
  2. ^ תהליכי קפיאה בטמפרטורות נמוכות מאוד
  3. ^ ההגדרה להבדל בין פחמן מומס לחלקיקי פחמן הוא ביכולת של פחמן מומס לעבור מסנן שבו גודל החורים נע בין 0.7 מיקרון ל-0.22 מיקרון בעוד שחלקיקים אינם עוברים אותו, ראו Measuing Dissolved and Particulate Organic Carbon (DOC and POC).
  4. ^ התרוממות קרקע נמוכה סגלגלה שנוצרה עקב לחץ קרח שהתגבש מתחת לקרקע
  5. ^ גבעות עד גובה של 70 מטרים שנוצרו עקב לחץ קרח שהתגבש מתחת לקרקע
  6. ^ זחילה של קרקע או של בלית על גבי קפאת-עד הנובעת מהפשרה של שכבת הקרקע העליונה שהופכת רוויות מים ומחליקה על השכבה הקפואה והאטומה מתחתיה. ראו במילון למונחי גאולוגיה של פרופ' שלמה שובאל
  7. ^ טאליק הוא גוש אדמה השוכן בתוך אדמה קפואה שאיננו קופא כלל במהלך כל השנה. טאליקים מצוים בדרך כלל מתחת לאגמים שהמים בתחתיתם אינם קופאים בחורף
  8. ^ הידרט גזי הם חומרים, בדרך כלל מתאן, דמויי קרח הנוצרים במשקעים בעומק הים. להסבר נוסף ראו Gas hydrates are ice-like substances that form in deep-sea sediments

הערות שוליים[עריכת קוד מקור | עריכה]

  1. ^ The World's Water
  2. ^ "Siberian permafrost thaw warning sparked by cave data"
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 What is Permafrost?
  4. ^ Harvey, Fiona (21 February 2013). "1.5C rise in temperature enough to start permafrost melt, scientists warn".
  5. ^ 5.0 5.1 5.2 Tarnocai, C.; Canadell, J.G.; Schuur, E.A.G.; Kuhry, P.; Mazhitova, G.; Zimov, S. (June 2009). Soil organic carbon pools in the northern circumpolar permafrost region(הקישור אינו פעיל, 9 בפברואר 2017)
  6. ^ Near-surface permafrost degradation: How severe during the 21st century?
  7. ^ Desonie, Dana (2008). Polar Regions: Human Impacts. New York: Chelsea Press. ISBN 978-0-8160-6218-8
  8. ^ Editorial: Organic carbon pools in permafrost regions on the Qinghai–Xizang (Tibetan) Plateau
  9. ^ J. Ross Mackay, Problems in the origins of massive icy beds, Western Arctic, Canada pages = 223–8
  10. ^ Hugh M. French, The Periglacial Environment(הקישור אינו פעיל, 9 בפברואר 2017)
  11. ^ H. M. French, D. G. Harry' Observations on buried glacier ice and massive segregated ice, western arctic coast, Canada
  12. ^ Jasper Knight, Stephan Harrison, Periglacial and Paraglacial Processes and Environments, Page 60
  13. ^ Sharp, Robert Phillip. Living Ice: Understanding Glaciers and Glaciation. Cambridge University Press. עמ' 27. ISBN 0-521-33009-2. 
  14. ^ Robinson, S.D. (2003), "Permafrost and peatland carbon sink capacity with increasing latitude", in Phillips, Permafrost, Swets & Zeitlinger, עמ' 965–970, ISBN 90 5809 582 7, בדיקה אחרונה ב-2 במרץ 2014 
  15. ^ Deep-seated relic permafrost in northeastern Poland
  16. ^ 16.0 16.1 Osterkamp, T. E. (2001), "Sub-Sea Permafrost", Academic Press: 2902–12, בדיקה אחרונה ב-8 בנובמבר 2014 
  17. ^ IPCC AR4 (2007). "Climate Change 2007: Working Group I: The Physical Science Basis". בדיקה אחרונה ב-12 באפריל 2014. 
  18. ^ 18.0 18.1 18.2 Lunardini, Virgil J. (אפריל 1995). "Permafrost Formation Time" (PDF). CRREL Report 95-8. Hanover NH: US Army Corps of Engineers Cold Regions Research and Engineering Laboratory. עמ' 18. ADA295515. 
  19. ^ McGuire, A.D., Anderson, L.G., Christensen, T.R., Dallimore, S., Guo, L., Hayes, D.J., Heimann, M., Lorenson, T.D., Macdonald, R.W., and Roulet, N. (2009). "Sensitivity of the carbon cycle in the Arctic to climate change". Ecological Monographs 79 (4): 523–555. doi:10.1890/08-2025.1. 
  20. ^ Pidwirny, M (2006). "Periglacial Processes and Landforms". Fundamentals of Physical Geography. 
  21. ^ Kessler MA, Werner BT (ינואר 2003). "Self-organization of sorted patterned ground". Science 299 (5605): 380–3. PMID 12532013. doi:10.1126/science.1077309. 
  22. ^ Sidorchuk, Aleksey, Borisova Olga and Panin; Andrey; “Fluvial response to the late Valdai/Holocene environmental change on the East European plain”
  23. ^ Southern migration of westerlies in the Northern Hemisphere PEP II transect during the Last Glacial Maximum
  24. ^ Malde, H.E.; “Patterned Ground in the Western Snake River Plain, Idaho, and Its Possible Cold-Climate Origin”; in Geological society of America Bulletin; v. 75 no. 3 (March 1964); pp. 191-208
  25. ^ Inventory of fossil cryogenic forms and structures in Patagonia and the mountains of Argentina beyond the Andes
  26. ^ Characteristics and palaeoenvironmental significance of relict sorted patterned ground, Drakensberg plateau, southern Africa
  27. ^ 27.0 27.1 Climate Change 2013: The Physical Science Basis Approved Summary for Policymakers IPCC 2013 IPCC Reports
  28. ^ Warming hits 'tipping point' The Guardian
  29. ^ The effect of permafrost thaw on old carbon release and net carbon exchange from tundra Nature
  30. ^ "Thaw point" The Economist
  31. ^ 31.0 31.1 "High risk of permafrost thaw"
  32. ^ Bridging the Emissions Gap. A UNEP Synthesis Report
  33. ^ Larry D. Dyke, Wendy E. Sladen (2010). "Permafrost and Peatland Evolution in the Northern Hudson Bay Lowland, Manitoba". doi:10.14430/arctic3332. 
  34. ^ Grosse, G.; Romanovsky, V.; Nelson, F.E.; Brown, J.; Lewkowicz, A.G. (מרץ 2010). "Why Permafrost Is Thawing, Not Melting" (PDF). Eos, Transactions, American Geophysical Union 91 (2): 87. Bibcode:2010EOSTr..91...87G. doi:10.1029/2010EO090003. 
  35. ^ Walter KM, Zimov SA, Chanton JP, Verbyla D, Chapin FS (ספטמבר 2006). "Methane bubbling from Siberian thaw lakes as a positive feedback to climate warming". Nature 443 (7107): 71–5. PMID 16957728. doi:10.1038/nature05040. 
  36. ^ Picea mariana
  37. ^ Stevens, William K. (18 באוגוסט 1998). "Dead Trees and Shriveling Glaciers as Alaska Melts". The New York Times. בדיקה אחרונה ב-19 בדצמבר 2007. Here and there, roadside utility poles destabilized by the melting tilt at crazy angles. So do trees, creating a phenomenon known as drunken forest. 
  38. ^ de Villiers, Marq (2001). Water: The Fate of Our Most Precious Resource. Boston: Mariner Books. ISBN 0-618-12744-5. …caused what the locals call "drunken forests," the trees tilting and leaning… 
  39. ^ Hansen et al. 2007. Viability, diversity and composition of the bacterial community in a high Arctic permafrost soil from Spitsbergen, Northern Norway
  40. ^ Bloom, A. A.; Palmer, P. I.; Fraser, A.; Reay, D. S.; Frankenberg, C. (2010). "Large-Scale Controls of Methanogenesis Inferred from Methane and Gravity Spaceborne Data". Science 327 (5963): 322–325. Bibcode:2010Sci...327..322B. PMID 20075250. doi:10.1126/science.1175176. 
  41. ^ Walter, K. M.; Chanton, J. P.; Chapin, F. S.; Schuur, E. A. G.; Zimov, S. A. (2008). "Methane production and bubble emissions from arctic lakes: Isotopic implications for source pathways and ages". Journal of Geophysical Research 113: G00A08. Bibcode:2008JGRG..11300A08W. doi:10.1029/2007JG000569. 
  42. ^ Zimov, Sa; Schuur, Ea; Chapin, Fs, 3Rd (יוני 2006). "Climate change. Permafrost and the global carbon budget.". Science 312 (5780): 1612–3. ISSN 0036-8075. PMID 16778046. doi:10.1126/science.1128908. 
  43. ^ Shakhova, Natalia (2005). "The distribution of methane on the Siberian Arctic shelves: Implications for the marine methane cycle". Geophysical Research Letters 32 (9): L09601. Bibcode:2005GeoRL..3209601S. doi:10.1029/2005GL022751. 
  44. ^ Shakhova, Natalia; Semiletov, Igor (2007). "Methane release and coastal environment in the East Siberian Arctic shelf". Journal of Marine Systems 66 (1–4): 227–243. Bibcode:2007JMS....66..227S. doi:10.1016/j.jmarsys.2006.06.006. 
  45. ^ Gillis, Justin (16 בדצמבר 2011). "As Permafrost Thaws, Scientists Study the Risks". The New York Times. 
  46. ^ Huggel, C.; Allen, S.; Deline, P. (יוני 2012), "Ice thawing, mountains falling; are alpine rock slope failures increasing?", Geology Today 28 (3): 98–104, doi:10.1111/j.1365-2451.2012.00836.x 
  47. ^ In Siberia there is a huge crater and it is getting bigger
  48. ^ Shamsher Prakash, Hari D. Sharma, Pile Foundations in Engineering Practice
  49. ^ Clarke, Edwin S. (2007). Permafrost Foundations—State of the Practice. Monograph Series (American Society of Civil Engineers). ISBN 978-0-7844-0947-3. בדיקה אחרונה ב-28 בפברואר 2014. 
  50. ^ Ma Wei,, Cheng Guodong, Wu Qingbai, Construction on permafrost foundations: Lessons learned from the Qinghai–Tibet railroad
  51. ^ Yakutsk: museums permafrost, as well as archeology and ethnography
  52. ^ "Russians revive Ice Age flower from frozen burrow". 21 בפברואר 2012. 


ערך מומלץ
Article MediumPurple.svg