Палсы — это торфяные холмы с постоянно замороженным торфом и минеральным почвенным ядром. Они являются типичным явлением в полярной и субполярной зоне прерывистой вечной мерзлоты . Одной из их характеристик является наличие крутых склонов, возвышающихся над поверхностью болота . Это приводит к накоплению большого количества снега вокруг них. Вершины палсов свободны от снега даже зимой, потому что ветер переносит снег и отложения на склонах и в других местах на плоской поверхности болота. Палсы могут достигать до 150 м (490 футов) в диаметре и могут достигать высоты 12 м (39 футов). [1]
Вечная мерзлота встречается на болотах пальса только в самих пальсах, и ее формирование основано на физических свойствах торфа. Сухой торф является хорошим изолятором, но влажный торф проводит тепло лучше, а замерзший торф проводит тепло еще лучше. Это означает, что холод может проникать глубоко в слои торфа, и что тепло может легко вытекать из более глубоких влажных слоев зимой. В то время как сухой торф на поверхности пальсы изолирует замерзшее ядро и не дает ему оттаивать летом. [1] Это означает, что пальсы могут выживать в климате, где среднегодовая температура чуть ниже точки замерзания. [2]
Литальса — это пальса без торфяного покрова. Они существуют в меньшем диапазоне, чем пальсы, и обычно встречаются в океанических климатических режимах. Однако и пальсы, и литальсы относительно малы по сравнению с пинго , обычно менее 3 м (9,8 фута). [3]
Палса может образовываться в областях болота или болота , где зимний фронт замерзания проникает относительно быстрее, чем в окружающие районы, возможно, из-за необычно тонкого снежного покрова . [4] Отсутствие теплоизоляции, обеспечиваемой толстым снегом, допускает гораздо более глубокое замерзание зимой. Этот лед может затем сохраняться в течение лета с постоянным «бугорком» до нескольких см из-за морозного пучения. Возвышенная поверхность палсы также будет иметь более тонкий снежный покров, что обеспечит большее зимнее охлаждение, в то время как летом поверхностный материал (особенно органический ) будет высыхать и обеспечивать теплоизоляцию . [5] Таким образом, внутренняя температура постоянно ниже, чем у прилегающей земли. Это способствует образованию ледяной линзы , которая растет, втягивая окружающую воду. Расширение льда при замерзании оказывает давление на окружающую почву, еще больше вытесняя воду из ее поровых пространств, которая затем накапливается и увеличивает объем растущей ледяной линзы. Развивается положительная обратная связь. Изменения поверхностной влажности и растительности затем будут такими, чтобы сохранить недавно образованную вечную мерзлоту. [6]
Вышележащий слой почвы постепенно поднимается морозным пучением . [7] В поперечном сечении ледяные керны палсы показывают слоистость, которая вызвана последовательными интервалами зимнего замерзания. Однако выдавливание воды из пор не имеет решающего значения, поскольку болотистая почва насыщена водой и, таким образом, всегда обеспечивает достаточно воды для роста ледяных кернов.
Многие ученые сходятся во мнении, что развитие пальсы циклично, когда рост продолжается до тех пор, пока не будет достигнута выпуклая форма пальсы. Когда это происходит, увеличивающееся давление в самом верхнем слое торфа вызовет трещины в слое торфа, что приведет к скольжению слоя торфа к сторонам пальсы. Поскольку этот слой торфа создает изолирующий эффект, регрессия слоя тем самым обнажит вечную мерзлоту в пальсе и инициирует таяние. В этом случае таяние пальсы является нормальной частью циклического развития, и новые эмбриональные формы пальсы смогут развиваться в той же области. Однако исследования, проведенные на формах пальсы, в первую очередь были посвящены наблюдению за купольными пальсами в северных регионах. Эти области исследования лежат в пределах основной области для случаев пальсы и, следовательно, являются циклическим развитием, применимым только к купольным пальсам в пределах основной области. [8]
Плато палса часто не имеет выпуклой формы, что приводит к трещинам в слоях торфа и распаду купольных палс. Но на плато палса расширение заморозков, которое вызывает разбухание, со временем создаст неровную поверхность и увеличит вероятность накопления воды на поверхности и вызовет локальную регрессию и таяние. Этот процесс, который вызывает таяние, а также растрескивание слоя торфа в купольных палсах, является нормальной частью жизненного цикла плато палса, но не является частью циклической эволюции. [8]
Палсы, по-видимому, проходят цикл развития, который в конечном итоге приводит к таянию и обрушению. Открытые трещины, которые обычно сопровождают рост палсы, и вода, которая имеет тенденцию накапливаться вокруг палсы, вероятно, в результате того, что их вес давит на прилегающую поверхность болота, являются важными факторами в этом процессе. Тот факт, что палсы на разных стадиях роста и распада происходят вместе, показывает, что их обрушение не обязательно указывает на изменение климата. Все, что обычно остается после обрушения палсы, — это углубление, окруженное ободом. [7]
Один конкретный тип болота , на котором появляются структуры пальсы, называется болотом пальсы. [9] Но иногда тип природы описывается как болота пальсы, [10] однако, оба они относятся к торфяным болотам , где встречаются холмы пальсы. В болотах пальсы, которые находятся на разных стадиях развития, могут появляться из-за циклического развития структуры. [6] [11] Поэтому в этих областях распространена обрушенная форма пальсы, которую можно увидеть как округлые пруды, открытые поверхности торфа или низкие круглые гребни гребней. [6]
Отдельная палса описывается как холм или более крупное возвышение в торфянике с сердцевиной из постоянно мерзлого торфа и/или минеральной почвы с верхним активным слоем торфа. [5] [9] Рельеф встречается в районах с прерывистой вечной мерзлотой. [9] [12] Сердцевина палсы остается постоянно замороженной, включая летнее время, поскольку слой торфа создает изолирующий эффект. [6] [5] В основном палса имеет овальную или удлиненную форму, но были описаны различные формы палсы. В некоторых местах (Лайвадален и Кейновуопио на севере Швеции ) были обнаружены комплексы палсы, которые состоят из нескольких куполообразных палс. В других местах (Сейтаяуре на севере Швеции) описана другая структура палсы. Здесь было обнаружено несколько плато-палсы с более плоскими поверхностями и крутыми краями. [10]
Формы палсы включают холмы, плато и хребты разных размеров. [13] Палсы в Исландии описываются как горбообразные, дайкообразные, платообразные, кольцеобразные и щитообразные. [ необходима цитата ] В Норвегии их называют плато палсы, эскер-палсы, струнные палсы, конические или куполообразные палсы и комплексы палсы. [ необходима цитата ]
Ширина обычно составляет 10–30 м (33–98 футов), а длина 15–150 м (49–490 футов). [1] Однако сообщалось о длинах до 500 м (1600 футов) для хребтов эскер-подобных палс, идущих параллельно уклону болота . Высота варьируется от менее 1 м (3 фута 3 дюйма) до 6–7 м (20–23 фута), [5] [9], но может достигать около 10 м (33 фута) в максимуме над окружающей местностью. Крупные формы, как правило, значительно менее конические, чем мелкие. Местами палсы объединяются, образуя комплексы протяженностью в несколько сотен метров. Ядро вечной мерзлоты содержит ледяные линзы не толще 2–3 см (0,79–1,2 дюйма), хотя локально были описаны линзы толщиной почти до 40 см (16 дюймов).
В течение циклического развития пальса проходит несколько стадий, на которых морфология различается. На начальной стадии развития агградации пальсы имеют гладкую поверхность без трещин в слое торфа, и не видно никаких видимых признаков эрозии . Они часто небольшие и куполообразные и часто называются эмбриональными пальсами. [10] На этой стадии образуются слои льда, которые обычно встречаются в замороженном торфяном ядре. Было высказано предположение, что эти слои льда создаются путем сегрегации льда , но, безусловно, именно плавучесть является причиной образования слоев льда. Происходит подъем плавучего ядра, которое замерзает, когда вечная мерзлота достигает этой области и создает слои льда. [5] В стабильной, зрелой фазе поверхность поднимается дальше до уровня, на котором снежный покров зимой истончается ветром, что, в свою очередь, делает возможным более глубокое промерзание. На зрелой стадии замерзшее ядро проникло за пределы торфяного слоя в нижележащие илистые отложения , и летом происходит оттаивание ядра, но не в такой степени, чтобы ядро полностью оттаивало. Иногда оттаивание может создавать заполненные водой пруды, прилегающие к пальсе, и в некоторых случаях трещины в слое торфа вдоль этих прудов могут присутствовать на стабильной стадии. Однако эти трещины имеют небольшой размер, и на стадии соболя не наблюдается никаких видимых признаков эрозии блоков . Однако на стадии деградации в пальсах появляются большие трещины длиной до нескольких метров, которые разделяют торфяной слой на блоки, и происходит так называемая эрозия блоков. Рядом с пальсами на стадии деградации часто обнаруживаются несколько отдельных прудов из-за оттаивания замерзшего ядра. [10] Ветровая эрозия часто влияет на слой торфа до такой степени, что его толщина уменьшается иногда на несколько дециметров. [11] Когда плато пальса находятся в стадии деградации, на плоской поверхности плато можно увидеть несколько прудов, которые часто имеют соседнюю эрозию блоков. Когда происходит эрозия блоков, минеральная почва часто обнажается вдоль трещин, особенно когда слой торфа тонкий. [10]
Палсы являются типичными формами прерывистых зон вечной мерзлоты и поэтому встречаются в субарктических регионах северной Канады и Аляски , Сибири , северной Фенноскандии и Исландии . [6] [12] Они почти исключительно связаны с наличием торфа [12] и обычно встречаются в районах, где зимы длинные, а снежный покров, как правило, тонкий. В некоторых местах палсы простираются до нижележащей вечной мерзлоты; в других они покоятся на незамерзшем субстрате.
В южном полушарии остатки палсы последнего ледникового максимума были обнаружены на аргентинской стороне острова Гранде-де-Огненная Земля, к северу от озера Ками . [14] Остатки палсы ледникового периода можно найти также в Хохморенах Центральной Европы, например, в Хоэн-Венне в районе немецко-бельгийской границы.
Эрозия форм пальсы и отступление вечной мерзлоты в ядре пальсы не указывает напрямую на изменение климатических условий. Поскольку пальсы имеют циклическое развитие, таяние ядра является нормальной частью развития пальсы. Однако изменение климатических условий влияет на формы пальсы. Формы пальсы, которые лежат на окраине области распространения, более зависимы от климатических условий для существования, чем формы пальсы вблизи ядра области распространения. [8] Исследование форм пальсы было проведено в 1998 году в Доврефьеле , на юге Норвегии. Во время наблюдения среднегодовая температура в этом районе составляла чуть ниже 0 °C (32 °F). Эти районы, безусловно, чувствительны к изменениям температуры; даже небольшое повышение температуры может оказать большое влияние на длительное существование пальсы в определенном регионе. [8] Измерения с метеорологических станций в этом районе показывают, что среднегодовая температура выросла на 0,8 °C между периодами 1901–1930 и 1961–1990 годов. С началом тенденции к потеплению в 1930-х годах целые болота и большие плато палсы полностью растаяли в районе Доврефьелля. [8] Чувствительность болот палсы к изменениям температуры делает их хорошим климатическим индикатором. [15] Исследование в районе Доврефьелля пришло к выводу, что если палсы используются в качестве климатических индикаторов, важно отделить большие изменения в распределении вечной мерзлоты от меньших изменений. Меньшие изменения вызваны более короткими климатическими изменениями, которые длятся всего несколько лет. Небольшие купольные палсы, которые также можно назвать эмбриональными палсами, могут развиваться в результате меньших изменений климатических условий, таких как несколько следующих холодных зим. Поскольку эти небольшие палсы исчезают всего через несколько лет, они не могут стать постоянными образованиями. Это явление наблюдалось в Доврефьеле в последние десятилетия и вызвано более значительным изменением климатических условий, когда температура поднялась до уровня, при котором пальсы не могут полностью инициировать свое циклическое развитие. Это является следствием изменения климата с тенденцией к потеплению, которая наблюдалась в районе Доврефьеля. В этом районе климат не был достаточно холодным для того, чтобы новые формы пальсы установились в течение всего 20-го века. [8]
Однако некоторые неопределенности относительно того, как местные условия влияют на формирование форм пальсы и особенно на гидрологию пальсовых болот, все еще существуют. Кроме того, необходим более активный мониторинг слоя и его корреляция с местными погодными условиями для лучшего определения влияния изменения климата на пальсовые болота. [5]
Поскольку верхние холмы пальсы более сухие и бедны питательными веществами, чем их влажные окрестности, они создают мозаику микросред обитания внутри болота . Возникновение пальсы определяется несколькими климатологическими факторами, такими как температура воздуха, осадки и толщина снега. Поэтому повышение температуры и осадков может вызвать таяние мерзлого торфа и оседание поверхности торфа. Это приводит к более толстому активному слою и более влажным условиям. Поэтому растительность изменяется в зависимости от адаптации к более влажным условиям. Прогнозируется, что расширяющаяся влажность принесет пользу сфагновым мхам и злакам за счет более сухой растительности пальсы. Связанные с этим изменения в потоках парниковых газов заключаются в увеличении поглощения CO2 и увеличении выбросов метана, в основном из-за расширения высоких злаков. [16]
Длительное существование болот palsa находится под угрозой из-за нескольких факторов. Главным из них является изменение климата, причем болота palsa, расположенные на окраинах своего климатического распространения, являются наиболее уязвимыми. Изменение климата приводит к повышению среднегодовой температуры, которая должна быть ниже 0 °C (32 °F) для сохранения болот palsa. [17] [8] Болота palsa также обычно требуют относительно низкого количества осадков (обычно < 500 мм в год [18] ), а увеличение количества осадков из-за изменения климата может привести к деградации болот palsa и оттепели. Увеличение количества выпавших снегов может означать, что болота palsa более изолированы и, следовательно, не так холодны зимой. И наоборот, увеличение количества осадков в летние месяцы может привести к повышению теплопроводности почвы и большей передаче тепла в ядро болота palsa. Эффект уже виден: во многих исследованиях [19] [20] [8] [9] сообщается о деградации болот palsa за последние десятилетия, причем основной причиной потери ареала обитания является изменение климата. Модели климатического конверта использовались для прогнозирования будущего распространения палс при различных сценариях изменения климата : одно из таких исследований показало, что Фенноскандия, вероятно, станет климатически непригодной для палс к 2040 году, и что необходимы серьезные меры по смягчению последствий (SSP1-2.6), чтобы сохранить значительную пригодную для палс территорию в Западной Сибири. [21]
Другим фактором являются частицы из атмосферных осадков, которые могут влиять на гидрохимию и скорость деградации органического вещества . Кроме того, строительство сообщества и, в первую очередь, те, которые оказывают влияние на гидрологию и гидрохимию, могут нанести ущерб среде обитания болот palsa. Но воздействие от такого рода деятельности минимально, учитывая размер области распространения, которая относительно велика по сравнению с затронутой зоной. [17] Болота palsa являются приоритетным типом среды обитания в Директиве ЕС о видах и средах обитания , и поэтому сохранение болот palsa в Швеции и Финляндии представляет большой интерес. [9] Сохранение этой среды обитания может быть выполнено с помощью мер такого рода, которые поддерживают благоприятный статус сохранения и предотвращают деградацию болот palsa. Но в 2013 году Швеция сообщила, что статус сохранения болот palsa плохой, и во многих районах болота palsa разрушились, и существует высокий риск исчезновения.
Типичное болото палса имеет высокий уровень биоразнообразия , начиная от нескольких различных видов птиц до крошечных организмов, таких как бактерии. Это во многом связано, в частности, с его выдающимися градиентами минеротрофности - омбротрофности и уровня грунтовых вод , что обеспечивает наличие нескольких микросред обитания, распределенных в разной степени влажности. Болота палса включены в список приоритетных типов среды обитания Европейским союзом, и изменение климата может представлять большую опасность для его экосистем. [22] Несмотря на то, что было проведено много исследований по деградации болот палса, все еще существует огромный информационный пробел о том, какие последствия могут иметь нарушения биоразнообразия в экосистемах. Фактически, о многих организмах, населяющих болота палса, вообще мало что известно. Жизненно важно получить больше знаний о распространении этих организмов, а также о моделях богатства видов в долгосрочной перспективе, чтобы понять и предсказать возможные последствия потенциальной потери болот палса. Без этих ключевых знаний трудно оценить понимание биологического значения болот палса.
В зонах болот palsa в Северной Европе обилие гнездящихся видов птиц достигает своего пика. Это особенно верно в случае североевропейских куликов . [22] На самом севере Финляндии болота palsa являются местом обитания самой высокой плотности видов птиц по сравнению с несколькими различными биотопами, и, скорее всего, именно неоднородность местообитаний и наличие мелководья (основного источника пищи) создает такое огромное разнообразие птиц. Из-за вероятной потери болот palsa в этом столетии, воздействие на дикую природу и биоразнообразие неоспоримо. Мелководье может исчезнуть или резко сократиться, создав более однородную среду. Это, вероятно, окажет негативное влияние на определенные виды гнездящихся птиц, а также на другие организмы, населяющие болота palsa постоянно или сезонно. [22]
Имеющиеся исследования экологических последствий регрессии палсы немногочисленны. Поскольку многие виды, размножающиеся в болотах палсы, не являются эксклюзивными для болот палсы, вопрос о возможном вымирании в результате сокращения болот палсы пока не определен. Однако нельзя утверждать, что гомогенизация болот палсы приведет к биологическим последствиям. Существуют некоторые (хотя и немногочисленные) исследования, проведенные по экологическим факторам, ответственным за обилие видов , в которых глубина уровня грунтовых вод является предполагаемым фактором. Для успешного проведения всестороннего исследования последствий биоразнообразия в этой области необходимо провести гораздо больше исследований, чтобы составить карту многих видов, обитающих в районах палсы. [22]
И палсы, и пинго являются многолетними морозными холмами; однако, пинго, как правило, больше палсов и могут достигать высоты более 50 м, [3] в то время как самые высокие палсы редко превышают 7-10 м. [12] Что еще более важно, палсы не имеют интрузивного ледяного ядра или льда, который образуется в результате воздействия местных грунтовых вод . Однако для пинго определяющей характеристикой является наличие интрузивного льда на протяжении большей части ядра. Палсы образуются в результате накопления ледяных линз путем криосужения , а пинго - в результате гидравлического давления, если они открыты, и гидростатического давления , если они закрыты. [3]
Более того, в отличие от пинго, которые обычно изолированы, пальсы обычно возникают группами с другими пальсами, например, в так называемом болоте пальса . [12] [4] В отличие от пинго, пальсы не требуют окружающей вечной мерзлоты для роста, поскольку пальса и есть вечная мерзлота. Пинго также растут ниже активного слоя, который является глубиной, на которой происходит ежегодный цикл замерзания-оттаивания, а пальсы растут в активном слое. [4]
И palsas, и pingos возникают в результате замерзания воды в ледяном ядре. Однако palsas не обязательно требуют положительного гидростатического давления (для впрыскивания воды), поскольку болотистая почва насыщена водой и, следовательно, имеет достаточный запас для растущего ледяного ядра. [4]
Palsas может расти вбок в значительной степени, образуя «плато Palsa», также известное как «плато вечной мерзлоты». Pingos не растут вбок в той же степени, потому что рост pingos в основном направлен вверх; таким образом, они всегда холмы. Аналогично, palsas может уменьшаться в размерах вбок, сохраняя при этом свою высоту; распад pingos следует другой схеме. [23]
Palsa (множественное число: palsas) — термин из финского языка , означающий «торость, возвышающаяся над болотом с ледяным ядром», который, в свою очередь, является заимствованием из северносаамского слова balsa . [ 24] Поскольку palsas особенно развит на пустошах , их также называют palsamoors . Bugor и bulginniakhs — общие термины в русском языке (последнее якутского происхождения) как для palsas, так и для pingos.
{{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )Фотографии палс и дополнительная информация: