wieczna zmarzlina
Wieczna zmarzlina – jest to obszar pozostający zamarznięty przez przynajmniej dwa kolejne lata (niezależnie od pory roku), który może znajdować się na lądzie lub pod wodą (np. pod oceanem). Choć wieczna zmarzlina jest często kojarzona z powierzchnią to nie musi być pierwszą warstwą na ziemi. Może ona sięgać od powierzchni do nawet wielu kilometrów w głąb powierzchni Ziemi.
Niektóre z najbardziej znanych lokalizacji wiecznej zmarzliny to te znajdujące się na półkuli północnej. W tym obszarze prawie jedna czwarta powierzchni znajduje się pod wieczną zmarzliną, a w szczególność Alaska, Grenlandia, Kanada oraz Syberia. Zlokalizowana jest także na półkuli południowej i znaleźć ją również można w szczytowych częściach pasm wysokich górskich. Wieczna zmarzlina często występuje w lodzie gruntowym, ale może również występować w materiale skalistym. Przy czym powstaje zwykle z lodu wiążącego wspólnie przede wszystkim różne rodzaje gleb, materiałów sypkich oraz skał.
Występowanie wiecznej zmarzliny
Wieczna zmarzlina obejmuje wielkie połacie północnej Kanady, Alaski, Grenlandii oraz wschodniej Syberii. Mniej więcej 20–25% powierzchni lądowej Ziemi znajduje się w strefie wiecznej zmarzliny. Przy czym w Grenlandii ten stosunek wynosi około 99%, w Alasce 80%, w Rosji 50%, a w Kanadzie od 40 do 50%. Natomiast w Chinach wieczna zmarzlina stanowi do 20% lądu, a niektóre obszary wiecznej zmarzliny sięgają aż do Mongolii.
Gleby wiecznej zmarzliny powstają w warunkach zimnego i zarazem suchego klimatu, czyli tam gdzie średnia roczna temperatura wynosi poniżej 0°C, a roczne sumy opadów nie przekraczają 1000 milimetrów. Oznacza to, że duże obszary wiecznej zmarzliny znajdują się w regionach polarnych z antarktyczną i arktyczną tundrą, a także w dużych częściach borealnych lasów iglastych. Ponadto gleby te występują także we wszystkich obszarach, które spełniają wymagania dotyczące powstawania wiecznej zmarzliny czyli są to przede wszystkim obszary wysokogórskie. Jednakże tereny znajdujące się w strefie wiecznej zmarzliny nie muszą wykazywać cech zmarzliny, ponieważ rozpatruje się to zjawisko dla każdego indywidualnego miejsca. Przy czym rozróżnia się strefy ciągłe (więcej niż 90% powierzchni wiecznej zmarzliny), nieciągłe (więcej niż 50–90% powierzchni wiecznej zmarzliny), sporadyczne (więcej niż 10–50% powierzchni wiecznej zmarzliny) oraz izolowane (mniej niż 10 procent powierzchni wiecznej zmarzliny).
Marzłość wiecznej zmarlizny
Marzłoć jest to warstwa gruntu zlokalizowana na różnych głębokościach, wykazująca się występowaniem temperatury poniżej punktu zamarzania (poniżej O °C) przynajmniej przez dwa lata ciągle.
Wyróżnia się następujące rodzaje marzłoci:
- wilgotna, która jest najczęściej spotykana. W tym rodzaju lód w zależności od podłoża wypełnia wolne przestrzenie skał lub gruntu;
- sucha, spotykana rzadziej. W tym rodzaju lód nie spełnia materiały spajającego podłoże.
Ze względu na zasięg warstwy odmarzającej wyróżnia się następujące typy marzłości:
- sporadyczna, gdzie przy średniej rocznej temperaturze wynoszącej od −1 do −4 °C płaty marzłoci występują w niejednolicie zamarzającym gruncie;
- nieciągła, gdzie przy średniej temperaturze roku od −4 do −8 °C w gruncie występują miejscami niezamarznięte płaty;
- ciągła, gdzie przy średniej temperaturze roku poniżej −8 °C grunt pozostaje zamarznięty na całym obszarze występowania tego typu.
Poziom amplitudy zerowej wiecznej zmarzliny
Poziomem amplitudy zerowej wiecznej zmarzliny określa się głębokość, na której ustają jej wahania temperatury. Przy czym zaznacza się warstwowość w strefie marzłości, w której poszczególne warstwy mogą być różnej grubości. Wśród nich wyróżnia się:
- talik stanowiący wewnętrzną warstwę wiecznej zmarzliny (rozmarza w lecie), występuje na terenach nieciągłej i sporadycznej marzłoci;
- marzłoć, w skład którego wchodzi zarówno spąg wieloletniej zmarzliny, jak i strop wieloletniej zmarzliny (warstwa odporna na ciśnienie i nieprzepuszczalna dla wody). Odległość pomiędzy spągiem a stropem wieloletniej zmarzliny to miąższość wieloletniej zmarzliny;
- pereletok stanowiący warstwę przejściową (występuje tutaj czasowe odmarzanie i zamarzanie);
- warstwa czynna wieloletniej zmarzliny, która odmarza w okresie letnim.
Wpływ zmian klimatu na wieczną zmarzlinę
Wieczna zmarzlina zmniejsza się od wielu stuleci, lecz w XXI wieku proces ten w bardzo znaczący sposób przyśpiesza. Konsekwencją tego jest rozmrażanie gleby (która może być słabiej związana) oraz uwalnianie metanu (który przyczynia się do zwiększonego tempa globalnego ocieplenia w ramach pętli sprzężenia zwrotnego wywołanego przy udziale mikroorganizmów). Dalsze zmniejszanie się terenów wiecznej zmarzliny nasilać będą zmiany klimatyczne co poza utratą siedlisk dla roślin i zwierząt prowadzić może także do niszczenia infrastruktury ludzkiej na tych obszarach.
Znaczenie wiecznej zmarzliny
Organizmy żywe sprzed epoki lodowcowej doskonale zachowują się w wiecznej zmarzlinie, ponieważ znajdowany przez naukowców materiał biologiczny jest trwale zamrożony. Umożliwia to nawet analizę DNA znalezisk, co np. w przypadku skamieniałości nie jest możliwe. Na przykład w 1997 r. na półwyspie Tajmyr w północnej Syberii został znaleziony bardzo dobrze zachowany mamut włochaty, który był intensywnie badany przez naukowców. Ponadto badacze znajdują w wiecznej zmarzlinie inne organizmy, są to na przykład bezkręgowce, rośliny i drobnoustroje, które wykorzystywane są do różnych badań.
Ponadto na obszarach wiecznej zmarzliny, takich jak Arktyka, Antarktyda, Syberia czy tereny wysokogórskie zmagazynowane jest około 1500 gigaton węgla, czyli około 2 razy więcej niż w całej atmosferze Ziemi. Dlatego wieczna zmarzlina spełnia funkcję magazynu węgla. Globalne ocieplenie powoduje topnienie wiecznej zmarzliny co prowadzi do uwalniania zmagazynowanych pokładów węgla prowadząc do przyśpieszania zmian klimatycznych.
Organizmy żywe a wieczna zmarzlina
Przewiduje się, że z topniejącego lodu i w narastającym tempie rocznie uwalniana jest ogromna liczba drobnoustrojów, w tym grzybów, bakterii i wirusów. Często są one uwalniane bezpośrednio do oceanu. Natomiast wędrowny tryb życia wielu organizmów, w tym ryb, waleni i ptaków umożliwić może znaczne rozprzestrzenienie się tym drobnoustrojom.
Ponadto pojawienie się wąglika na Półwyspie Jamalskim w 2016 prawdopodobnie spowodowane było rozmarzaniem wiecznej zmarzliny. W syberyjskiej wiecznej zmarzlinie stwierdzono występowanie dwóch gatunki wirusów (Pithovirus sibericum, Mollivirus sibericum) sprzed około 30000 lat. Ich wielkość jest zaskakująca, ponieważ są większe niż większość bakterii, a ich genomy są także większe niż u innych wirusów. Co więcej nadal są zakaźne, co zostało udowodnione poprzez eksperymentalne infekowanie ameb tymi wirusami.
Udowodniono, że spełniając trzy warunki (duża liczebność, zdolność do transportu w lodzie i zdolność do wznawiania cykli chorobowych po uwolnieniu z lodu) wirusy mogą przetrwać i zachować zakaźność po rozmrożeniu. Choć dotychczas nie udowodniono bezpośredniego zakażenia człowieka poprzez styczność z wieczną zmarzliną to prawdopodobnie miało to miejsce poprzez kontakt pośredni za sprawą innych zwierząt lub inny czynnik abiotyczny.
W 2012 roku rosyjscy naukowcy udowodnili, że wieczna zmarzlina może służyć jako naturalne repozytorium dla starożytnych form życia. Udowodnili to poprzez ożywienie Silene stenophylla liczącej około 30000 lat. Roślina ta była znaleziona w zamarzniętej norze wiewiórki w wiecznej zmarzlinie. Po przywróceniu wegetacji roślina produkowała białe kwiaty oraz żywotne nasiona. Jest to dowodem, że rośliny mogą przetrwać zamrożone w lodzie przez dziesiątki tysięcy lat.
