Oamenii și căldura s-au răspândit spre nord în permafrostul arctic.

de Laura Naranjo

Partea înzăpezită a Siberiei se întinde peste nordul Rusiei, acoperind trei sferturi din țară. Pădurile dense de copaci de conifere se ridică din terenul rece și mlăștinos al taiga sub-arctică. Mai la nord, pădurile falnice cedează locul tundrei arctice: țară deschisă și înghețată, incrustată cu mușchi și licheni. Dominată de acești doi biomi, Siberia a rămas puțin populată timp de secole. Până în secolul al XX-lea, totuși, au fost descoperite rezerve bogate de petrol și minerale, iar rușii au trecut cu nerăbdare spre nord pentru a ocupa locuri de muncă. Potopul de oameni și industrie a schimbat soarta Siberiei, transformând așezările liniștite mai întâi în orașe înfloritoare, apoi în orașe pline de viață.

Când petrolul a fost descoperit în nordul Siberiei de Vest, Rusia nu a dezvoltat niciodată noile câmpuri petroliere. Mica așezare pescărească din Surgut a fost unul dintre avanposturile îndepărtate care împânzeau regiunea. Situată pe malurile râului Ob, populația Surgut a crescut și i s-a acordat statutul de oraș în 1965. Până în 2015, Surgut devenise capitala petrolieră neoficială a țării, găzduind 340.000 de oameni. Surgutul modern oferă acum teatre și centre comerciale, străzi mărginite de copaci și parcuri. Și, ca și celelalte orașe în plină expansiune ale Rusiei, Surgut lasă o amprentă tot mai mare asupra mediului său.

Igor Esau și Victoria Miles, cercetători la Nansen Environmental and Remote Sensing Center din Norvegia, au văzut boomul petrolului și gazului ca o oportunitate de a studia aceste urme. Ei și colegii lor au analizat 28 de orașe și orașe din nordul Siberiei de Vest, precum și peisajele naturale din jur. Cum a afectat dezvoltarea urbană vegetația arctică în timp? Și cum ar putea accelerarea încălzirii arctice să amplifice aceste schimbări?

pământești

Aceste clădiri din Anadyr, Rusia, sunt construite pe grămezi de fundație pentru a preveni căldura de la dezghețarea solului înghețat de dedesubt. (Amabilitatea Consulatului SUA Vladivostok)

Biomi de verde și maro

Cheia pentru a înțelege modul în care orașele au impact asupra peisajelor de taiga și tundră este permafrostul, terenul înghețat permanent. În cele mai nordice întinderi ale tundrei siberiene, permafrostul este continuu, ceea ce înseamnă că majoritatea terenului din regiune rămâne înghețat. Tundra arctică este de obicei fără copaci, populată de vegetație joasă, care poate supraviețui habitatului gelid și sezoanelor scurte de creștere. În schimb, permafrostul discontinuu găsit în sudul Siberiei există doar în porțiuni sau în zone sporadice, făcând regiunea mai ospitalieră pentru pădurile mlăștinoase de taiga.

Deasupra multor zone de permafrost este un strat activ subțire care se dezgheță sezonier, permițând plantelor și copacilor să crească. Zadiile prosperă în regiunile permafrost deoarece sistemele lor radiculare sunt largi în loc de adânci, rămânând astfel în stratul activ. Indiferent dacă este continuu sau discontinuu, permafrost necesită temperaturi scăzute pentru a rămâne stabil și orice construit deasupra acestuia - drumuri, conducte sau orașe - poate perturba această stabilitate.

Pe măsură ce orașele cresc, vegetația naturală este înlocuită de grupuri de drumuri și clădiri. Peisajele create de om cu suprafețe impermeabile și soluri urbane mai uscate tind să absoarbă căldura, ceea ce înseamnă că multe orașe devin insule urbane de căldură care sunt mai calde decât zonele înconjurătoare. În climatele temperate, insulele de căldură urbane încălzesc aerul, făcând căldura sufocantă de vară și mai opresivă. În Arctica, insulele de căldură încălzesc, de asemenea, solul, care poate dezgheța permafrostul subiacent și poate avea efecte de anvergură asupra peisajelor de tundră și taiga. Surgutul modern, de exemplu, are doar 50 de ani, dar se încălzește deja. „Surgut este acum cu aproximativ 10 grade Celsius [18 grade Fahrenheit] peste normal, ceea ce înseamnă că ecosistemele din jurul orașului au un climat care altfel nu ar putea fi găsit decât la 600 de kilometri spre sud”, a spus Esau. Chiar și așezările mici și zonele industriale sunt mai calde cu 1 până la 2 grade Celsius (în special în zilele lungi de vară polare).

Cercetătorii au avut nevoie de date despre vegetație pentru a cartografia efectul insulei de căldură în raport cu mediile arctice înconjurătoare. Deoarece stațiile meteorologice sunt rare la latitudini atât de ridicate, cercetătorii s-au bazat pe instrumentul Modrorate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) care zboară pe satelitul NASA Terra. Datele MODIS din 2000 până în 2014 au oferit o imagine detaliată a verzii, sau a sănătății vegetației, în Siberia. Schimbările în verde oferă un proxy pentru amprenta fiecărui oraș. Pentru a măsura această amprentă, cercetătorii au inclus un inel de 40 de kilometri (25 mile) în jurul fiecărui oraș, împărțit în inele concentrice, de 5 kilometri (3 mile) centrate în jurul nucleului orașului.

În perioada de 15 ani, datele au arătat o tendință de căldură care se strecoară spre nord. Taiga din porțiunile de sud ale Siberiei de Vest s-a încălzit, provocând moartea și rumenirea copacilor. Prin contrast, tundra nordică a devenit mai verde. Arbuști și ierburi s-au filtrat și chiar și larice au apărut în tundra tipic fără copaci. Zada siberiană, un element esențial al pădurilor de taiga, necesită ierni lungi și reci, astfel încât o deplasare spre nord a anunțat o schimbare mai largă. Miles a spus: „Această pădure de zada rar ocupă acum o suprafață mare pe câmpia nord-siberiană, la granița dintre tundră și pădurea boreală”.

Renii trec prin tundra arctică fără copaci, la stânga. Pădurile mlăștinoase sau taiga sunt comune în Rusia sub-arctică, nu. (Amabilitatea lui V. Sagaydashin, stânga și I. I. Savin, dreapta)

În plină expansiune și înflorire

Pe fondul acestor schimbări radicale, Esau și colegii săi au descoperit că toate orașele și inelele lor de 40 de kilometri din jur deveniseră mai verzi. „Am fost cu adevărat nedumeriți în legătură cu această evoluție. A fost neașteptat ”, a spus Esau. Cu cât era mai vechi și mai stabilit un oraș, cu atât mai verde părea peste recordul de 15 ani. Tundra nordică și orașele nordice deopotrivă se înverzeau. Și orașe ecologice ca Surgut, situate în taiga, s-au evidențiat în mijlocul unor frunze de maro.

Boom-ul construcției a inclus nu doar clădiri, ci și spații plăcute și primitoare pentru mediu, cum ar fi parcuri și străzi mărginite de copaci. „Această verdeață crescută a orașelor sa datorat schimbării de atitudine față de mediu”, a spus Esau. „Acum practic fiecare oraș din această regiune implementează unul sau alt tip de program de dezvoltare a spațiului verde.”

Locuitorii folosesc aceste parcuri și spații verzi pe tot parcursul anului, potrivit Natasha Rubanova, care a crescut în Surgut, deși locuiește acum în Massachusetts. „Există patinaj cu role, jogging, ciclism, câini de mers pe jos, ducând copiii la locurile de joacă. Unii oameni chiar fac baie la soare ”, a spus ea. De-a lungul verilor scurte, orașul folosește și parcuri pentru festivaluri și sărbători.

Similar cu alte orașe din alte părți ale lumii, oamenii din Siberia își modelează propriul mediu, cioplind un habitat uman și sentimentul de acasă dintr-un peisaj altfel dur. Dar efectul insulei de căldură nu se oprește la limitele orașului. Schimbările de vegetație sângerează încet spre exterior, lăsând o amprentă mai mare pe peisaj. În timp ce verdeața în creștere nu a provocat efectul insulei de căldură, a identificat unde se petreceau schimbări dramatice. Adevărata cauză a insulelor de căldură urbane din Arctica se află puțin mai adânc: permafrostul pe care au fost construite.

După un boom masiv de dezvoltare a petrolului și gazelor din nordul Siberiei de Vest, Surgut a crescut și a devenit capitala petrolieră a Rusiei. (Amabilitatea lui V. Melnikov, Shutterstock)

Extragerea unui ecosistem

Construcția pe permafrost arctic pune probleme unice, deoarece ciclul de îngheț-dezgheț al stratului activ creează o suprafață instabilă. „Pentru a construi ceva acolo, trebuie să creezi un teren mai înalt, în caz contrar, acolo este întotdeauna mocirlos și noroios”, a spus Esau. Deci, dezvoltatorii extrag nisip și pietriș din albii râurilor pentru a crea un strat de bază. Apoi, grămezile de fundație sunt introduse în permafrost, uneori mai mare de 15 metri (49 picioare) adâncime, care suportă greutatea clădirii. Clădirile sunt apoi cocoțate deasupra grămezilor asemănătoare unui pilot, izolând pământul înghețat de căldura generată în clădiri.

"Dar nisipul are o proprietate termică diferită de solul normal găsit în această zonă", a spus Esau. Spre deosebire de permafrost, care este impermeabil, nisipul permite scurgerea apei. Suprafețele nisipoase sunt mai uscate și mai calde decât solul înghețat de dedesubt și contribuie la efectul insulei de căldură urbană. „Acest efect este mai mare decât orașul în sine, deoarece suprafețele nisipoase și artificiale distrug petele de vegetație naturale”, a spus Esau. "Efectele proliferează în jurul unei zone mai mari decât clădirile în sine."

În timp ce cercetătorii s-au apropiat de centrul orașului, au văzut schimbări către ceea ce Esau numește ecosisteme alternative. Arbuști și ierburi se infiltrau în tundra joasă, dar în pădurile de taiga, vegetația autohtonă pe moarte nu era întotdeauna înlocuită de alte specii care se deplasau. Dezghețarea permafrostului lasă în urmă un mediu cu apă în care nu sunt adaptate multe plante pentru a supraviețui. „Mai mult de 30% din teritoriu este mlaștină, mlaștină, mocirla”, a spus Esau.

Zada siberiană este conifere de foioase, care își lasă ace în fiecare iarnă. Pădurile de larici se răspândesc mai spre nord în tundra siberiană. (Amabilitatea lui A. Salo)

Insule în regim

Chiar dacă efectele insulelor urbane de căldură radiază în mediul înconjurător, orașele în sine simt efectele. În câteva orașe arctice, unele fundații se sparg și clădirile se prăbușesc, forțând în cele din urmă locuitorii să se mute. Însă creșterea temperaturilor nu este pe deplin de vină, potrivit lui Nikolay Shiklomanov, profesor la Universitatea George Washington, care studiază schimbările climatice arctice și infrastructura urbană. Fiecare oraș este un sistem complex, ceea ce face dificilă prezicerea impactului colectiv al clădirilor, drumurilor și utilităților asupra regimului termic sensibil al permafrostului. „Este foarte dificil de modelat sau testat la scara orașului”, a spus el. „Când stropiți oamenii pe deasupra, activitățile lor fac interacțiunile dintre un sistem urban și permafrost mult mai complexe. De exemplu, arătarea drumurilor se poate încurca cu câmpul de temperatură al solului. ”

În plus, construcția pe permafrost tinde să aibă o durată de viață mai scurtă, iar așezările arctice din Rusia se confruntă cu infrastructura îmbătrânită și lipsa de întreținere, adesea rezultatul stării de rău economic care a urmat dizolvării Uniunii Sovietice din 1991 "În timp ce schimbările permafrostului induse de climă au un anumit impact, o mare parte din aceste deformări au fost probabil inițiate de factori umani", a spus Shiklomanov. De exemplu, scurgerile de țevi sau chiar construcția necorespunzătoare pot favoriza dezghețarea permafrostului. „În perioada sovietică, au existat standarde stricte de construcție a permafrostului”, a spus Shiklomanov. „Acum standardele depind în mare măsură de constructorii individuali”.

Șiklomanov a analizat datele care se întind înapoi în secolul al XX-lea, izolând schimbările climatice arctice din Siberia. Apoi, el și colegii săi s-au uitat în viitor, compilând rezultate din șase modele climatice diferite pentru a analiza capacitatea de a suporta greutatea fundațiilor de grămadă ale orașelor. Pe măsură ce temperaturile cresc, capacitatea portantă a piloților scade semnificativ, deoarece au fost proiectate pentru anumite temperaturi și pot fi afectate negativ de încălzire. Până în 2050, clădirile din multe orașe siberiene pot începe să se prăbușească sau să se destrame în timp ce permafrostul subiacent se degradează și grămezile cedează.

Dovezile indică faptul că Arctica va continua să se încălzească. "Pe măsură ce schimbările climatice progresează, acestea vor juca un rol mai mare", a spus Shiklomanov. „Așadar, chiar acum, deși nu este motivul principal al deteriorării infrastructurii urbane, cu siguranță a înrăutățit lucrurile. Pe măsură ce încălzirea progresează, are potențialul de a deveni un motiv primordial pentru stabilitatea redusă a structurilor pe permafrost. ” Aceasta înseamnă că temperaturile în creștere pot avea un impact potențial pe mulți dintre cei 40 de milioane de oameni care consideră că Siberia este acasă. Inginerii și planificatorii urbani vor inova modalități de a atenua efectul insulelor de căldură din Arctica? Sau vor adapta metodele de construcție pentru a se potrivi unui mediu de dezgheț? Soarta Siberiei s-a schimbat în trecut, iar viitorul său nu este pus în piatră - sau permafrost.

Această hartă arată tendințele vegetației (Indicele de vegetație cu diferență normalizată, NDVI) în Siberia de Vest între 2000 și 2014. Verzii indică o creștere a ecologizării; maronii indică rumenirea. Porțiunea sudică a nordului Siberiei de Vest s-a rumenit pe măsură ce biomurile taiga împădurite au devenit stresate de creșterea temperaturilor. Porțiunea nordică s-a încălzit și s-a înverzit, cu arbuști mici, ierburi și chiar larici care se răspândesc spre nord în tundră. Datele provin de la instrumentul Modrorate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) de pe satelitul NASA Terra. (Amabilitatea lui I. Esau și colab., 2016, Chimie și fizică atmosferică)

Referințe

Esau, I., V. V. Miles, R. Davy, M. W. Miles și A. Kurchatova. 2016. Tendințe ale indicelui de vegetație diferențiat normalizat (NDVI) asociat cu dezvoltarea urbană în nordul Siberiei de Vest. Chimie și fizică atmosferică 16: 9,563-9,577. doi: 10.5194/acp-16-9563-2016.

Miles, V. și I. Esau. 2016. Eterogenitatea spațială a ecologizării și rumenirii între și în zonele bioclimatice din nordul Siberiei de Vest. Environmental Research Letters 11, 115002. doi: 10.1088/1748-9326/11/11/115002.

NASA LP DAAC. 2016. MOD13Q1 MODIS Indici de vegetație 16 zile L3 Global 250m. NASA EOSDIS Land Processes DAAC, USGS Earth Resources Observation and Science Center (EROS), Sioux Falls, SD (https://lpdaac.usgs.gov), la https://lpdaac.usgs.gov/dataset_discovery/modis/modis_products_table/ mod13q1.

Șiklomanov, N. I. și D. A. Streletskiy. 2013. Efectul schimbărilor climatice asupra infrastructurii siberiene. În Schimbările de mediu regionale din Siberia și consecințele lor globale, eds. P. Ya. Groisman și G. Gutman. Olanda: Springer. doi: 10.1007/978-94-007-4569-8_5.

Shiklomanov, NI, DA Streletskiy, TB Swales și VA Kokorev. 2016. Schimbările climatice și stabilitatea infrastructurii urbane în regiunile de permafrost din Rusia: evaluare prognostică bazată pe proiecțiile climatice GCM. Geographic Review 107 (1): 125-142. doi: 10.1111/gere.12214.

Pentru mai multe informatii

Centrul de arhivă activă distribuită a proceselor terestre NASA (LP DAAC)

Spectroradiometru de imagistică cu rezoluție moderată NASA (MODIS)

Insulele antropice de căldură din Arctica (HIARC)

Despre datele de teledetecție
Satelit Terra
Senzor
Spectroradiometru de imagistică cu rezoluție moderată (MODIS)
Set de date Indici de vegetație 16 zile L3 Global 250m (MOD13Q1)
Rezoluţie 250 de metri
Parametru Indicele de vegetație a diferenței normalizate (NDVI)
DAAC Centrul de arhivă activă distribuită a proceselor terestre NASA (LP DAAC)

Ultima actualizare a paginii: 21 iulie 2020 la 16:55 EDT