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永久冻土消融:一场地域性、区域性和世界性的威胁

位于海拔2500米以上的永久冻土,可谓瑞士阿尔卑斯山的“黏合剂”。其消融是造成2003年夏天马特洪峰(Cervin)山体滑坡的原因。 Keystone / Alessandro Della Bella

瑞士堪称永久冻土研究领域的先锋。如今瑞士境内永久冻土消融迹象日益显著,而这很可能会造成全球性的后果。

此内容发布于 2020年11月30日 - 09:00

由于会发出来自地球深处的声响,位于西伯利亚东部的巴塔盖卡(Batagaïka)陷坑被当地人称为“地狱之门”。但对科学家而言,它却完全不具妖魔色彩。这只是长期以来已知的一个地球物理学现象所产生的结果:永久冻土-即永久冻结的土壤层-正在融化。

巴塔盖卡长度1.5公里、深度100米,是世界上最大的因永久冻土融化而形成的陷坑。 ©yuri Kozyrev / Noor

气候变暖带来的这个变化所影响的不仅是西伯利亚冻原,而是北半球约2300万平方公里的面积,相当于美国面积的两倍多。永久冻土主要分布在从俄罗斯到加拿大的北极地区,但在高山地区,尤其是阿尔卑斯山区也有分布。在瑞士,从海拔2500米以上就可以发现永久冻土的踪影。

永久冻土的消融除了会造成大规模地下塌陷外,还会对山坡稳定性造成影响,引发自然灾害。这种变化不仅令受波及地区的居民担忧,更令人不由担心其或会引发全球层面影响。根据2019年联合国的一份报告,永久冻土的减少是五大被低估的环境威胁之一。

永久冻土持续升温

永久冻土占瑞士土地面积的5%,主要分布在被碎石覆盖的地面和高海拔岩壁。对比来看,冰川所占面积的比例约为2.5%。

雪和雪崩研究所(SLF,多语外部链接)的科学助理Jeannette Noetzli解释说:“大家有目共睹,过去20年中,瑞士阿尔卑斯山脉几乎各处的永久冻土层温度都在升高。”

这位科学工作者指出,决定永久冻土状态的不仅是气温,太阳辐射和积雪层同样也会产生影响。

分布在4000米以上高峰和两极地区的永久冻土温度很低,与此相反的是,在永久冻土分布广泛的阿尔卑斯山区,其温度则接近于零度。Jeannette Noetzli解释说:“因此,那里的低温'储备'较少,消融的可能性要大得多。”

她强调说,永久冻土的“活性层”,也就是夏季融化冬季重新冻结的冻土表层,也在增加。

外部内容

马特洪峰上的传感器和摄像头

Jeannette Noetzli是瑞士永久冻土监测网络PERMOS(英)外部链接的负责人。PERMOS成立于2000年,是第一个研究永久冻土演变的国家级网络。瑞士也是收集高山永久冻土数据最多的国家,其中包括跨越30多年的时间系列。

这位研究员回忆说:“瑞士从1987年起就持续对永久冻土进行各种测量。在2000年,我们正式开始在不同观测点进行长期观察。”这项工作并不容易,因为“与冰川不同,永久冻土是看不见的”。

研究人员使用了最先进的技术:可下探至100米深的探测器、土壤电阻率测量设备、GPS设备、无线传感器和高分辨率相机。在海拔3500米的马特洪峰赫恩利(Hörnli)山脊上,由17个传感器组成的网络将数据实时传输到苏黎世联邦理工学院(ETHZ)的计算中心(PermaSense项目,英外部链接)。

更换格劳宾登州(Graubünden)科尔瓦奇-穆尔特尔(Corvatsch-Murtèl)岩石冰川上的温度测量设备。 Jeannette Noetzli, PERMOS

山石滚落和山体滑坡

来自弗里堡大学地球科学系,同时也是PERMOS网络成员的Cécile Pellet解释说,永久冻土由于消融失去了“黏性”,从而影响了山坡的稳定性。

她向瓦莱州日报《讯息者报》(Le Nouvelliste)表示:“永久冻土的消融会导致山石滚落和山体滑坡。”但她也指出,以2017年的邦多(Bondo)为例,导致这类事故的原因有很多。比如,当地的地质特征也可能产生影响。

Jeannette Noetzli同样指出,我们不能一概而论,认为由于气候变暖和永久冻土消融,阿尔卑斯山脉将变得越来越危险。她指出:“不过,我们也观察到在一些敏感地区出现了重大变化。因此,或许有修改某些登山者路线的必要。”

对旅游基础设施构成威胁

然而可以确定的是,对于高山建筑物和设施(高山小屋、缆车、铁路、电信设施、雪崩防护设置等)而言,永久冻土的退化和碎片运动的加速是潜在的问题。

这些基础设施在瑞士的旅游、通讯、能源供应和自然灾害防护中发挥着重要作用。例如,马特洪峰附近的戈尔内格拉特(Gornergrat)铁路线和伯尔尼奥伯兰(Oberland)的少女峰铁路线就部分建造在永久冻土区域。

因此,滑雪缆车的经营者们必须对设施进行重大翻新,以恢复塔身承载运输基础设施的强度。在乌里州,人们就为海拔2900米格姆斯托(Gemsstock)缆车的塔架搭建了一个混凝土基础。来自雪和雪崩研究所的人员为如何在永久冻土上架设构造提供了信息指导。

消融在全球层面造成的影响更令人担忧

受永久冻土消融影响的不只是所在地域及周围区域。

原本封存在冰层中的远古微生物或因消融而释放到空气中并复活,侵袭人类和动物。

此外,几千年来在冰原中积聚的有机碳会以二氧化碳和甲烷的形式逐渐释放到大气中,进一步加剧全球变暖这一危险恶性循环。

专家警告(英)外部链接说,受这个问题主要影响的是北极地区,该地区的温度上升(程度为全球平均水平的2至4倍)正在导致永久冻土塌陷。据预计(英)外部链接,冻土含有1.6万亿吨碳,是大气中含量的两倍。

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