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Permafrost

El permafrost ( de perma- ' permanente ' y frost ) es suelo o sedimento subacuático que permanece continuamente por debajo de 0 °C (32 °F) durante dos años o más; el permafrost ...

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El permafrost ( de perma- ' permanente ' y frost ) es suelo o sedimento subacuático que permanece continuamente por debajo de 0 °C (32 °F) durante dos años o más; el permafrost más antiguo ha estado congelado continuamente durante unos 700 000 años. [ 1 ] Mientras que el permafrost menos profundo tiene una extensión vertical inferior a un metro (3 pies), el más profundo supera los 1500 m (4900 pies) . [ 2 ] Del mismo modo, el área de las zonas individuales de permafrost puede limitarse a estrechas cumbres montañosas o extenderse por vastas regiones árticas . [ 3 ] El suelo bajo los glaciares y las capas de hielo no suele definirse como permafrost, por lo que en tierra, el permafrost se ubica generalmente bajo una denominada capa activa de suelo que se congela y descongela según la estación. [ 4 ]     

Alrededor del 15% del hemisferio norte o el 11% de la superficie global está cubierta por permafrost, [ 5 ] cubriendo un área total de alrededor de 18 millones de km² (6,9 millones de millas cuadradas ) . [ 6 ] Esto incluye grandes áreas de Alaska , Canadá , Groenlandia y Siberia . También se encuentra en regiones de alta montaña, siendo la meseta tibetana un ejemplo destacado. Solo una minoría de permafrost existe en el hemisferio sur , donde se limita a laderas de montañas como en los Andes de la Patagonia , los Alpes del Sur de Nueva Zelanda o las montañas más altas de la Antártida . [ 3 ] [ 1 ]     

El permafrost contiene grandes cantidades de biomasa muerta que se ha acumulado a lo largo de milenios sin haber tenido la oportunidad de descomponerse completamente y liberar su carbono , lo que convierte al suelo de la tundra en un sumidero de carbono . [ 3 ] A medida que el calentamiento global calienta el ecosistema, el suelo congelado se descongela y se vuelve lo suficientemente cálido para que la descomposición comience de nuevo, acelerando el ciclo del carbono del permafrost . Dependiendo de las condiciones en el momento del deshielo, la descomposición puede liberar dióxido de carbono o metano , y estas emisiones de gases de efecto invernadero actúan como una retroalimentación del cambio climático . [ 7 ] [ 8 ] [ 9 ] Las emisiones del deshielo del permafrost tendrán un impacto suficiente en el clima para afectar los presupuestos globales de carbono . Es difícil predecir con precisión cuántos gases de efecto invernadero libera el permafrost porque los diferentes procesos de deshielo aún son inciertos. Hay un acuerdo generalizado de que las emisiones serán menores que las emisiones causadas por el hombre y no son lo suficientemente grandes como para resultar en un calentamiento descontrolado . [ 10 ] En cambio, es probable que las emisiones anuales del permafrost sean comparables con las emisiones globales de la deforestación , o con las emisiones anuales de grandes países como Rusia , Estados Unidos o China . [ 11 ]

Además de su impacto climático, el deshielo del permafrost conlleva más riesgos. El suelo que antes estaba congelado suele contener suficiente hielo como para que, al descongelarse, la saturación hidráulica se supere repentinamente, provocando un desplazamiento sustancial del terreno e incluso su colapso total. Muchos edificios y otras infraestructuras se construyeron sobre permafrost cuando estaba congelado y estable, por lo que son vulnerables al colapso si se descongela. [ 12 ] Las estimaciones sugieren que casi el 70 % de dichas infraestructuras estarán en riesgo para 2050, y que los costes asociados podrían ascender a decenas de miles de millones de dólares en la segunda mitad del siglo. [ 13 ] Además, entre 13 000 y 20 000 sitios contaminados con residuos tóxicos se encuentran en el permafrost, [ 14 ] así como depósitos naturales de mercurio , [ 15 ] todos los cuales son susceptibles de filtrarse y contaminar el medio ambiente a medida que avanza el calentamiento. [ 16 ] Por último, se han planteado inquietudes sobre la posibilidad de que microorganismos patógenos sobrevivan al deshielo y contribuyan a futuras pandemias . [ 17 ] [ 18 ] Sin embargo, esto se considera improbable, [ 19 ] [ 20 ] y una revisión científica sobre el tema describe los riesgos como "generalmente bajos". [ 21 ]

Clasificación y extensión

Perfil de temperatura del permafrost. El permafrost ocupa la zona media, con la capa activa por encima, mientras que la actividad geotérmica mantiene la capa inferior por encima del punto de congelación. La línea vertical de 0 °C o 32 °F indica la temperatura media anual, crucial para los límites superior e inferior de la zona de permafrost, mientras que las líneas rojas representan las variaciones y los valores extremos de temperatura estacionales. Las líneas curvas continuas en la parte superior muestran las temperaturas máximas y mínimas estacionales en la capa activa, mientras que la línea roja de puntos a continua representa el perfil de temperatura media en función de la profundidad del suelo en una región de permafrost.  

El permafrost es suelo , roca o sedimento que permanece congelado durante más de dos años consecutivos. En la práctica, esto significa que el permafrost se produce a una temperatura media anual de 0 °C (32,0 °F) o inferior. En las regiones más frías, la profundidad del permafrost continuo puede superar los 1400 m (4600 pies) . [ 22 ] Normalmente se encuentra debajo de la denominada capa activa , que se congela y descongela anualmente, y por lo tanto puede sustentar el crecimiento de las plantas, ya que las raíces solo pueden fijarse en el suelo descongelado. [ 2 ] El espesor de la capa activa se mide durante su máxima extensión a finales del verano: [ 23 ] a partir de 2018, el espesor medio en el hemisferio norte es de ~ 145 centímetros (4,76 pies) , pero existen diferencias regionales significativas. El noreste de Siberia , Alaska y Groenlandia tienen el permafrost más sólido con la menor extensión de la capa activa (menos de 50 centímetros (1,6 pies) en promedio, y a veces solo 30 centímetros (0,98 pies) ), mientras que el sur de Noruega y la meseta de Mongolia son las únicas áreas donde la capa activa promedio es más profunda que 600 centímetros (20 pies) , con un récord de 10 metros (33 pies) . [ 24 ] [ 25 ] El límite entre la capa activa y el permafrost en sí se denomina a veces mesa de permafrost. [ 26 ]         

Alrededor del 15% de la tierra del hemisferio norte que no está completamente cubierta por hielo está directamente debajo del permafrost; el 22% se define como parte de una zona o región de permafrost. [ 5 ] Esto se debe a que solo un poco más de la mitad de esta área se define como una zona de permafrost continuo, donde el 90%-100% de la tierra está debajo del permafrost. Alrededor del 20% se define como permafrost discontinuo, donde la cobertura está entre el 50% y el 90%. Finalmente, el <30% restante de las regiones de permafrost consiste en áreas con una cobertura del 10%-50%, que se definen como zonas de permafrost esporádico, y algunas áreas que tienen parches aislados de permafrost que cubren el 10% o menos de su área. [ 27 ] [ 28 ] : 435 La mayor parte de esta área se encuentra en Siberia, el norte de Canadá, Alaska y Groenlandia. Debajo de la capa activa, las fluctuaciones anuales de temperatura del permafrost disminuyen con la profundidad. La mayor profundidad del permafrost se encuentra justo antes del punto donde el calor geotérmico mantiene una temperatura por encima del punto de congelación. Por encima de ese límite inferior, puede haber permafrost con una temperatura anual constante: el "permafrost isotérmico". [ 29 ]

Continuidad de la cobertura

El permafrost se forma típicamente en cualquier clima donde la temperatura media anual del aire sea inferior al punto de congelación del agua. Se encuentran excepciones en los bosques boreales húmedos , como en el norte de Escandinavia y la parte nororiental de la Rusia europea al oeste de los Urales , donde la nieve actúa como una capa aislante. Las zonas glaciares también pueden ser excepciones. Dado que todos los glaciares se calientan en su base por el calor geotérmico, los glaciares templados , que se encuentran cerca del punto de fusión por presión en toda su extensión, pueden tener agua líquida en la interfaz con el suelo y, por lo tanto, carecen de permafrost subyacente. [ 30 ] Las anomalías frías "fósiles" en el gradiente geotérmico en áreas donde se desarrolló permafrost profundo durante el Pleistoceno persisten hasta varios cientos de metros. Esto es evidente a partir de mediciones de temperatura en pozos de perforación en América del Norte y Europa. [ 31 ]

Permafrost discontinuo

Excavación de permafrost rico en hielo con un martillo neumático en Alaska .

La temperatura subterránea varía menos de una estación a otra que la temperatura del aire, y las temperaturas medias anuales tienden a aumentar con la profundidad debido al gradiente geotérmico de la corteza. Por lo tanto, si la temperatura media anual del aire es solo ligeramente inferior a 0 °C (32 °F) , el permafrost se formará solo en lugares protegidos (generalmente con orientación norte o sur , en los hemisferios norte y sur respectivamente), creando un permafrost discontinuo. Normalmente, el permafrost permanecerá discontinuo en un clima donde la temperatura media anual de la superficie del suelo está entre -5 y 0 °C (23 y 32 °F) . En las áreas de inviernos húmedos mencionadas anteriormente, puede que ni siquiera haya permafrost discontinuo hasta -2 °C (28 °F) . El permafrost discontinuo a menudo se divide en permafrost discontinuo extenso, donde el permafrost cubre entre el 50 y el 90 por ciento del paisaje y generalmente se encuentra en áreas con temperaturas medias anuales entre −2 y −4 °C (28 y 25 °F) , y permafrost esporádico, donde la cobertura de permafrost es inferior al 50 por ciento del paisaje y generalmente ocurre a temperaturas medias anuales entre 0 y −2 °C (32 y 28 °F) . [ 32 ]          

En la ciencia del suelo, la zona de permafrost esporádico se abrevia como ZPE y la zona de permafrost discontinuo extenso como ZPD . [ 33 ] Existen excepciones en Siberia y Alaska, zonas no glaciadas, donde la profundidad actual del permafrost es una reliquia de las condiciones climáticas de las épocas glaciales, cuando los inviernos eran hasta 11 °C (20 °F) más fríos que los actuales.  

permafrost continuo

A temperaturas medias anuales de la superficie del suelo inferiores a −5 °C (23 °F), la influencia de la orientación nunca puede ser suficiente para descongelar el permafrost y se forma una zona de permafrost continuo (abreviada como CPZ ). Una línea de permafrost continuo en el hemisferio norte [ 35 ] representa el límite más meridional donde la tierra está cubierta por permafrost continuo o hielo glacial. La línea de permafrost continuo varía en todo el mundo hacia el norte o el sur debido a los cambios climáticos regionales. En el hemisferio sur , la mayor parte de la línea equivalente caería dentro del océano Austral si hubiera tierra allí. La mayor parte del continente antártico está cubierta por glaciares, bajo los cuales gran parte del terreno está sujeto a fusión basal . [ 36 ] La tierra expuesta de la Antártida está sustancialmente cubierta por permafrost, [ 37 ] parte del cual está sujeto a calentamiento y deshielo a lo largo de la costa. [ 38 ]  

permafrost alpino

En los hemisferios norte y sur , diversas altitudes son lo suficientemente frías como para mantener suelos permanentemente congelados: algunos de los ejemplos más conocidos incluyen las Montañas Rocosas canadienses , los Alpes europeos , el Himalaya y el Tien Shan . En general, se ha observado que el permafrost alpino extenso requiere una temperatura media anual del aire de -3 °C (27 °F) , aunque esta puede variar según la topografía local , y se sabe que algunas zonas montañosas mantienen permafrost a -1 °C (30 °F) . También es posible que el permafrost alpino subterráneo esté cubierto por un suelo más cálido que permite el crecimiento de vegetación. [ 39 ]    

El permafrost alpino es particularmente difícil de estudiar, y los esfuerzos de investigación sistemática no comenzaron hasta la década de 1970. [ 39 ] En consecuencia, persisten incertidumbres sobre su geografía. Tan recientemente como en 2009, se descubrió permafrost en una nueva área: el pico más alto de África, el Monte Kilimanjaro ( 4700 m (15 400 pies) sobre el nivel del mar y aproximadamente 3° al sur del ecuador ). [ 40 ] En 2014, una recopilación de estimaciones regionales de la extensión del permafrost alpino estableció una extensión global de 3 560 000 km² (1 370 000 mi²) . [ 34 ] Sin embargo , para 2014, el permafrost alpino en los Andes no se había cartografiado completamente, [ 41 ] aunque su extensión se ha modelado para evaluar la cantidad de agua retenida en estas áreas. [ 42 ]    

permafrost submarino

Cambios en la extensión y estructura del permafrost submarino entre el Último Máximo Glacial y 2020. [ 6 ]

El permafrost submarino se encuentra bajo el lecho marino y existe en las plataformas continentales de las regiones polares. [ 2 ] Estas áreas se formaron durante la última Edad de Hielo , cuando una mayor parte del agua de la Tierra estaba retenida en capas de hielo en tierra firme y cuando los niveles del mar eran bajos. A medida que las capas de hielo se derritieron y volvieron a convertirse en agua de mar durante el retroceso glacial del Holoceno , el permafrost costero se convirtió en plataformas sumergidas bajo condiciones límite relativamente cálidas y salinas, en comparación con el permafrost superficial. Desde entonces, estas condiciones han provocado la disminución gradual y continua de la extensión del permafrost submarino. [ 6 ] Sin embargo, su presencia sigue siendo una consideración importante para el diseño, la construcción y la operación de instalaciones costeras, estructuras fundadas en el lecho marino, islas artificiales , oleoductos submarinos y pozos perforados para exploración y producción. [ 43 ] El permafrost submarino también puede cubrir depósitos de clatrato de metano , que alguna vez se especuló que serían un punto de inflexión climático importante en lo que se conocía como la hipótesis del cañón de clatrato , pero ahora ya no se cree que desempeñen ningún papel en el cambio climático proyectado. [ 44 ]

Extensión pasada del permafrost

En el Último Máximo Glacial , el permafrost continuo cubría un área mucho mayor que la actual, cubriendo toda Europa libre de hielo al sur hasta aproximadamente Szeged (sureste de Hungría ) y el Mar de Azov (entonces tierra firme) [ 45 ] y Asia Oriental al sur hasta los actuales Changchun y Abashiri . [ 46 ] En América del Norte, solo existía una franja extremadamente estrecha de permafrost al sur de la capa de hielo a la latitud de Nueva Jersey a través del sur de Iowa y el norte de Misuri , pero el permafrost era más extenso en las regiones occidentales más secas donde se extendía hasta la frontera sur de Idaho y Oregón . [ 47 ] En el hemisferio sur , hay algunas evidencias de permafrost antiguo de este período en el centro de Otago y la Patagonia argentina , pero probablemente era discontinuo y está relacionado con la tundra. El permafrost alpino también se presentó en Drakensberg durante los máximos glaciales por encima de aproximadamente 3000 metros (9840 pies) . [ 48 ] [ 49 ] 

Manifestaciones

Profundidad de la base

El permafrost se extiende hasta una profundidad base donde el calor geotérmico de la Tierra y la temperatura media anual en la superficie alcanzan una temperatura de equilibrio de 0 °C (32 °F) . [ 51 ] Esta profundidad base del permafrost puede variar enormemente: es inferior a un metro (3 pies) en las zonas menos profundas, [ 2 ] pero alcanza los 1493 m (4898 pies) en las cuencas septentrionales de los ríos Lena y Yana en Siberia . [ 22 ] Los cálculos indican que el tiempo de formación del permafrost se ralentiza considerablemente después de los primeros metros. Por ejemplo, se necesitaron más de medio millón de años para formar el permafrost profundo que se encuentra debajo de la bahía de Prudhoe, Alaska , un período que abarca varios ciclos glaciales e interglaciales del Pleistoceno . [ 50 ] : 18     

La profundidad de la base se ve afectada por la geología subyacente, y particularmente por la conductividad térmica , que es menor para el permafrost en el suelo que en la roca madre . [ 51 ] La menor conductividad hace que el permafrost se vea menos afectado por el gradiente geotérmico , que es la tasa de aumento de la temperatura con respecto al aumento de la profundidad en el interior de la Tierra. Ocurre cuando la energía térmica interna de la Tierra se genera por la desintegración radiactiva de isótopos inestables y fluye hacia la superficie por conducción a una tasa de ~47 teravatios (TW). [ 52 ] Lejos de los límites de las placas tectónicas, esto es equivalente a un flujo de calor promedio de 25–30  °C/km (124–139  ​​°F/mi) cerca de la superficie. [ 53 ]

Hielo subterráneo masivo

Ejemplo etiquetado de un depósito masivo de hielo enterrado en la isla Bylot , Canadá. [ 54 ]

Cuando el contenido de hielo de un permafrost supera el 250 por ciento (hielo respecto a suelo seco en masa), se clasifica como hielo masivo. Los cuerpos de hielo masivo pueden variar en composición, en cualquier gradación imaginable, desde lodo helado hasta hielo puro. Los lechos de hielo masivo tienen un espesor mínimo de al menos 2 m y un diámetro  corto de al menos 10 m. [ 55 ] Las primeras observaciones registradas en Norteamérica de este fenómeno fueron realizadas por científicos europeos en Canning River (Alaska) en 1919. [ 56 ] La literatura rusa proporciona una fecha anterior de 1735 y 1739 durante la Gran Expedición del Norte de P. Lassinius y Khariton Laptev , respectivamente. Investigadores rusos como IA Lopatin, B. Khegbomov, S. Taber y G. Beskow también formularon las teorías originales sobre la inclusión de hielo en suelos congelados. [ 57 ]

Aunque existen cuatro categorías de hielo en el permafrost —hielo poroso, cuñas de hielo (también conocidas como hielo veteado), hielo superficial enterrado e hielo intrasedimentario (a veces también llamado constitucional [ 57 ] )— solo las dos últimas tienden a ser lo suficientemente grandes como para calificarse como hielo subterráneo masivo. [ 58 ] [ 26 ] Estos dos tipos suelen aparecer por separado, pero pueden encontrarse juntos, como en la costa de Tuktoyaktuk , en el Ártico canadiense occidental , donde se ubican los restos de la capa de hielo Laurentina . [ 59 ]

El hielo superficial enterrado puede derivar de nieve, hielo lacustre o marino congelado , aufeis (hielo fluvial varado) e incluso hielo glaciar enterrado de las antiguas capas de hielo del Pleistoceno . Estos últimos tienen un enorme valor para la investigación paleoglaciológica, pero incluso a fecha de 2022, se desconoce la extensión y el volumen totales de dicho hielo antiguo enterrado. [ 60 ] Entre los sitios notables con depósitos de hielo antiguo conocidos se incluyen el valle del río Yenisei en Siberia , Rusia, así como Banks y la isla Bylot en Nunavut y los Territorios del Noroeste de Canadá . [ 61 ] [ 62 ] [ 54 ] Se sabe que algunos de los restos de capas de hielo enterradas albergan lagos termocársticos . [ 60 ]

Sección transversal que muestra grandes cantidades de hielo subterráneo (en azul) dentro del permafrost.

El hielo intrasedimental o constitucional ha sido ampliamente observado y estudiado en todo Canadá. Se forma cuando las aguas subterráneas se congelan en su lugar y se subdivide en hielo intrusivo, de inyección y segregacional. Este último es el tipo dominante, formado después de la diferenciación cristalizante en sedimentos húmedos , que ocurre cuando el agua migra hacia el frente de congelación bajo la influencia de las fuerzas de van der Waals . [ 56 ] [ 55 ] [ 58 ] Este es un proceso lento, que ocurre principalmente en limos con una salinidad menor al 20% del agua de mar : los sedimentos limosos con mayor salinidad y los sedimentos arcillosos, en cambio, tienen un movimiento de agua previo a la formación de hielo dominado por procesos reológicos . En consecuencia, se necesitan entre 1 y 1000 años para formar hielo intrasedimental en los primeros 2,5 metros de sedimentos arcillosos, mientras que se necesitan entre 10 y 10 000 años para sedimentos de turba y entre 1 000 y 1 000 000 de años para sedimentos limosos. [ 26 ]

Pared rocosa de un deslizamiento de tierra por deshielo regresivo, ubicada en la costa sur de la isla Herschel, dentro de una pared de aproximadamente 22 metros (72 pies) por 1300 metros (4300 pies) .  

formas del relieve

Los procesos del permafrost, como la contracción térmica que genera grietas que eventualmente se convierten en cuñas de hielo y la solifluxión (movimiento gradual del suelo ladera abajo a medida que se congela y descongela repetidamente), a menudo conducen a la formación de polígonos, anillos, escalones y otras formas de suelo con patrones que se encuentran en áreas árticas, periglaciares y alpinas. [ 63 ] [ 64 ] En áreas de permafrost ricas en hielo, el derretimiento del hielo del suelo inicia formas de relieve termocársticas como lagos termocársticos , deslizamientos de deshielo, barrancos de erosión térmica y desprendimientos de la capa activa. [ 65 ] [ 66 ] Cabe destacar que el permafrost inusualmente profundo en páramos y pantanos árticos a menudo atrae agua de deshielo en estaciones más cálidas, que se acumula y se congela para formar lentes de hielo , y el suelo circundante comienza a sobresalir en una pendiente. Esto puede resultar eventualmente en la formación de grandes formas de tierra alrededor de este núcleo de permafrost, como palsas –montículos de turba largos ( 15–150 m (49–492 pies) ), anchos ( 10–30 m ( 33–98 pies) ) pero poco profundos (< 1–6 m (3 pies 3 pulgadas – 19 pies 8 pulgadas) de altura) – y los aún más grandes pingos , que pueden tener 3–70 m (10–230 pies) de altura y 30–1000 m (98–3281 pies) de diámetro . [ 67 ] [ 68 ]              

Ecología

Un complejo de mesetas de turba al sur de Fort Simpson , Territorios del Noroeste .

Solo las plantas con raíces poco profundas pueden sobrevivir en presencia de permafrost. El abeto negro tolera zonas de enraizamiento limitadas y domina la flora donde el permafrost es extenso. Asimismo, las especies animales que viven en madrigueras y cuevas ven su hábitat restringido por el permafrost, y estas restricciones también tienen un impacto secundario en las interacciones entre especies dentro del ecosistema . [ 69 ]

Se están formando grietas en los bordes del pantano de permafrost de Storflaket, en Suecia.

Aunque el suelo de permafrost está congelado, no es completamente inhóspito para los microorganismos , si bien su número puede variar ampliamente, generalmente de 1 a 1000  millones por gramo de suelo. [ 70 ] [ 71 ]

El ciclo del carbono del permafrost (ciclo del carbono ártico) se ocupa de la transferencia de carbono desde los suelos de permafrost a la vegetación terrestre y los microbios, a la atmósfera, de vuelta a la vegetación y, finalmente, de regreso a los suelos de permafrost mediante el enterramiento y la sedimentación debido a procesos criogénicos. Parte de este carbono se transfiere al océano y a otras partes del planeta a través del ciclo global del carbono. El ciclo incluye el intercambio de dióxido de carbono y metano entre los componentes terrestres y la atmósfera, así como la transferencia de carbono entre la tierra y el agua en forma de metano, carbono orgánico disuelto , carbono inorgánico disuelto , carbono inorgánico particulado y carbono orgánico particulado . [ 72 ]

La mayoría de las bacterias y hongos que se encuentran en el permafrost no se pueden cultivar en el laboratorio, pero la identidad de los microorganismos se puede revelar mediante técnicas basadas en ADN . Por ejemplo, el análisis de los genes del ARNr 16S de muestras de permafrost del Pleistoceno tardío en la llanura de Kolyma , en Siberia oriental , reveló ocho filotipos que pertenecían a los filos Actinomycetota y Pseudomonadota . [ 73 ] En 2016, se descubrió que "Muot-da-Barba-Peider", un sitio de permafrost alpino en el este de Suiza, albergaba una comunidad microbiana diversa. Entre los grupos bacterianos prominentes se encontraban los filos Acidobacteriota , Actinomycetota , AD3, Bacteroidota , Chloroflexota , Gemmatimonadota , OD1, Nitrospirota , Planctomycetota , Pseudomonadota y Verrucomicrobiota , además de hongos eucariotas como Ascomycota , Basidiomycota y Zygomycota . En las especies que viven actualmente, los científicos observaron diversas adaptaciones a las condiciones bajo cero, incluidos procesos metabólicos reducidos y anaeróbicos. [ 74 ]

Construcción sobre permafrost

Solo existen dos grandes ciudades en el mundo construidas sobre áreas de permafrost continuo (donde el suelo congelado forma una capa ininterrumpida bajo cero), y ambas se encuentran en Rusia: Norilsk en el Krai de Krasnoyarsk y Yakutsk en la República de Sajá . [ 75 ] Construir sobre permafrost es difícil porque el calor del edificio (o de la tubería ) puede propagarse al suelo, descongelándolo. A medida que el hielo se convierte en agua, la capacidad del terreno para proporcionar soporte estructural se debilita, hasta que el edificio se desestabiliza. Por ejemplo, durante la construcción del Ferrocarril Transiberiano , un complejo de fábrica de máquinas de vapor construido en 1901 comenzó a derrumbarse al mes de su puesta en marcha por estas razones. [ 76 ] : 47 Además, no hay agua subterránea disponible en un área con permafrost. Cualquier asentamiento o instalación importante necesita buscar una alternativa para obtener agua. [ 75 ] [ 76 ] : 25

Una solución común es colocar cimientos sobre pilotes de madera , una técnica pionera del ingeniero soviético Mikhail Kim en Norilsk. [ 77 ] Sin embargo, el cambio de fricción en los pilotes inducido por el calentamiento aún puede causar movimiento por reptación , incluso cuando el suelo permanece congelado. [ 78 ] El Instituto Melnikov de Permafrost en Yakutsk descubrió que los cimientos de pilotes deben extenderse hasta 15 metros (49 pies) para evitar el riesgo de hundimiento de los edificios. A esta profundidad, la temperatura no cambia con las estaciones, manteniéndose en aproximadamente −5 °C (23 °F) . [ 79 ]   

Otros dos enfoques son construir sobre una extensa plataforma de grava (generalmente de 1 a 2 m (3 pies 3 pulgadas a 6 pies 7 pulgadas) de espesor); o usar tuberías de calor de amoníaco anhidro . [ 80 ] El sistema de oleoductos Trans-Alaska utiliza tuberías de calor integradas en soportes verticales para evitar que el oleoducto se hunda, y el ferrocarril Qingzang en el Tíbet emplea una variedad de métodos para mantener el suelo fresco, ambos en áreas con suelo susceptible a las heladas . El permafrost puede requerir recintos especiales para los servicios subterráneos, llamados " utilidores ". [ 81 ]      

Impactos del cambio climático

Descongelación reciente del permafrost ártico y erosión costera en el mar de Beaufort, océano Ártico, cerca de Point Lonely, Alaska, en 2013.

Aumento del espesor de la capa activa

A nivel mundial, el permafrost se calentó aproximadamente 0,3 °C (0,54 °F) entre 2007 y 2016, observándose un calentamiento más intenso en la zona de permafrost continuo que en la zona discontinua. El calentamiento observado alcanzó hasta 3 °C (5,4 °F) en algunas zonas del norte de Alaska (desde principios de la década de 1980 hasta mediados de la década de 2000) y hasta 2 °C (3,6 °F) en algunas zonas del norte europeo de Rusia (1970-2020). Este calentamiento provoca inevitablemente el deshielo del permafrost: el espesor de la capa activa ha aumentado en el Ártico europeo y ruso a lo largo del siglo XXI y en zonas de gran altitud de Europa y Asia desde la década de 1990. [ 83 ] : 1237      

Entre 2000 y 2018, el espesor promedio de la capa activa aumentó de ~ 127 centímetros (4,17 pies) a ~ 145 centímetros (4,76 pies) , a una tasa anual promedio de ~ 0,65 centímetros (0,26 pulgadas) . [ 24 ]   

En Yukón , la zona de permafrost continuo podría haberse desplazado 100 kilómetros (62 millas) hacia el polo desde 1899, pero los registros precisos solo se remontan a 30 años atrás. La extensión del permafrost submarino también está disminuyendo; a partir de 2019, aproximadamente el 97 % del permafrost bajo las plataformas de hielo árticas se está volviendo más cálido y delgado. [ 84 ] [ 10 ] : 1281 

Basándose en la alta concordancia entre las proyecciones de los modelos, la comprensión de los procesos fundamentales y la evidencia paleoclimática, es prácticamente seguro que la extensión y el volumen del permafrost continuarán reduciéndose a medida que el clima global se calienta, y la magnitud de las pérdidas estará determinada por la magnitud del calentamiento. [ 83 ] : 1283

El deshielo del permafrost está asociado a una amplia gama de problemas, y la Asociación Internacional del Permafrost (IPA) existe para ayudar a abordarlos. Organiza conferencias internacionales sobre el permafrost y mantiene la Red Terrestre Global para el Permafrost , que lleva a cabo proyectos especiales como la preparación de bases de datos, mapas, bibliografías y glosarios, y coordina programas y redes internacionales sobre el terreno. [ 85 ]

Retroalimentación del cambio climático

Turberas de permafrost (un subconjunto más pequeño y rico en carbono de las áreas de permafrost) bajo diferentes grados de calentamiento global, y las emisiones resultantes como fracción de las emisiones antropogénicas necesarias para causar ese grado de calentamiento. [ 86 ]

A medida que el calentamiento reciente profundiza la capa activa sujeta al deshielo del permafrost, esto expone el carbono previamente almacenado a procesos biogénicos que facilitan su entrada a la atmósfera como dióxido de carbono y metano . [ 11 ] Debido a que las emisiones de carbono del deshielo del permafrost contribuyen al mismo calentamiento que facilita el deshielo, es un ejemplo bien conocido de una retroalimentación positiva del cambio climático . [ 87 ] El deshielo del permafrost a veces se incluye como uno de los principales puntos de inflexión en el sistema climático debido a la exhibición de umbrales locales y su irreversibilidad efectiva. [ 88 ] Sin embargo, aunque hay procesos auto-perpetuantes que se aplican a escala local o regional, se debate si cumple con la definición estricta de un punto de inflexión global, ya que en conjunto el deshielo del permafrost es gradual con el calentamiento. [ 89 ]

Procesos de retroalimentación relacionados con el permafrost terrestre y submarino.

En la región circumpolar norte, el permafrost contiene materia orgánica equivalente a 1400–1650  mil millones de toneladas de carbono puro, que se acumuló durante miles de años. Esta cantidad equivale a casi la mitad de todo el material orgánico en todos los suelos , [ 90 ] [ 11 ] y es aproximadamente el doble del contenido de carbono de la atmósfera , o alrededor de cuatro veces mayor que las emisiones humanas de carbono entre el comienzo de la Revolución Industrial y 2011. [ 91 ] Además, la mayor parte de este carbono (~1035  mil millones de toneladas) está almacenado en lo que se define como el permafrost cercano a la superficie, no más profundo de 3 metros (9,8 pies) por debajo de la superficie. [ 90 ] [ 11 ] Sin embargo, se espera que solo una fracción de este carbono almacenado ingrese a la atmósfera. [ 92 ] En general, se espera que el volumen de permafrost en los 3 m superiores del suelo disminuya en aproximadamente un 25 % por cada 1 °C (1,8 °F) de calentamiento global, [ 83 ] : 1283 sin embargo, incluso bajo el escenario RCP8.5 asociado con más de 4 °C (7,2 °F) de calentamiento global para finales del siglo XXI, [ 93 ] se espera que entre el 5 % y el 15 % del carbono del permafrost se pierda "a lo largo de décadas y siglos". [ 11 ]     

La cantidad exacta de carbono que se liberará debido al calentamiento en un área de permafrost determinada depende de la profundidad del deshielo, el contenido de carbono dentro del suelo descongelado, los cambios físicos en el medio ambiente y la actividad microbiana y vegetal en el suelo. [ 94 ] Cabe destacar que las estimaciones de liberación de carbono por sí solas no representan completamente el impacto del deshielo del permafrost en el cambio climático. Esto se debe a que el carbono puede liberarse a través de la respiración aeróbica o anaeróbica , lo que resulta en emisiones de dióxido de carbono (CO 2 ) o metano (CH 4 ), respectivamente. Si bien el metano dura menos de 12 años en la atmósfera, su potencial de calentamiento global es alrededor de 80 veces mayor que el del CO 2 en un período de 20 años y alrededor de 28 veces mayor en un período de 100 años. [ 95 ] [ 96 ] Si bien solo una pequeña fracción del carbono del permafrost ingresará a la atmósfera como metano, esas emisiones causarán entre el 40 y el 70 % del calentamiento total causado por el deshielo del permafrost durante el siglo XXI. Gran parte de la incertidumbre sobre la extensión final de las emisiones de metano del permafrost se debe a la dificultad de contabilizar los procesos de deshielo abrupto descubiertos recientemente, que a menudo aumentan la fracción de metano emitido sobre el dióxido de carbono en comparación con los procesos de deshielo gradual habituales. [ 97 ] [ 11 ]

Estanques de deshielo del permafrost en turberas en la Bahía de Hudson , Canadá en 2008. [ 98 ]

Otro factor que complica las proyecciones de emisiones de carbono del permafrost es el continuo reverdecimiento del Ártico. A medida que el cambio climático calienta el aire y el suelo, la región se vuelve más propicia para las plantas, incluyendo arbustos y árboles de mayor tamaño que antes no podían sobrevivir allí. Por lo tanto, el Ártico está perdiendo cada vez más biomas de tundra , pero gana más plantas, que a su vez absorben más carbono. Parte de las emisiones causadas por el deshielo del permafrost se compensarán con este mayor crecimiento vegetal, pero la proporción exacta es incierta. Se considera muy improbable que este reverdecimiento pueda compensar todas las emisiones del deshielo del permafrost durante el siglo XXI, y aún menos probable que pueda seguir el ritmo de esas emisiones después del siglo XXI. [ 11 ] Además, el cambio climático también aumenta el riesgo de incendios forestales en el Ártico, lo que puede acelerar sustancialmente las emisiones de carbono del permafrost. [ 87 ] [ 99 ]

Impacto en las temperaturas globales

Nueve escenarios probables de emisiones de gases de efecto invernadero por deshielo del permafrost durante el siglo XXI, que muestran una respuesta limitada, moderada e intensa de las emisiones de CO₂ y CH₄ a las trayectorias de concentración representativas de bajas , medias y altas emisiones . La barra vertical utiliza las emisiones de algunos países grandes como comparación: el lado derecho de la escala muestra sus emisiones acumuladas desde el inicio de la Revolución Industrial , mientras que el lado izquierdo muestra las emisiones acumuladas de cada país para el resto del siglo XXI si se mantuvieran sin cambios respecto a sus niveles de 2019. [ 11 ]

En conjunto, se espera que las emisiones acumuladas de gases de efecto invernadero por el deshielo del permafrost sean menores que las emisiones antropogénicas acumuladas, aunque siguen siendo sustanciales a escala global, y algunos expertos las comparan con las emisiones causadas por la deforestación . [ 11 ] El Sexto Informe de Evaluación del IPCC estima que el dióxido de carbono y el metano liberados del permafrost podrían ascender al equivalente de 14–175 mil millones de toneladas de dióxido de carbono por cada 1 °C (1,8 °F) de calentamiento. [ 83 ] : 1237 A modo de comparación, en 2019, las emisiones antropogénicas anuales de dióxido de carbono por sí solas rondaban los 40 mil millones de toneladas. [ 83 ] : 1237 Una revisión importante publicada en el año 2022 concluyó que si se lograra el objetivo de prevenir un calentamiento de 2 °C (3,6 °F) , entonces las emisiones anuales promedio del permafrost a lo largo del siglo XXI serían equivalentes a las emisiones anuales de Rusia en el año 2019. Según el escenario RCP4.5, considerado cercano a la trayectoria actual y donde el calentamiento se mantiene ligeramente por debajo de 3 °C (5,4 °F) , las emisiones anuales del permafrost serían comparables a las emisiones de Europa Occidental o Estados Unidos en 2019, mientras que, en el escenario de un alto calentamiento global y la peor respuesta de retroalimentación del permafrost, se aproximarían a las emisiones de China en 2019. [ 11 ]       

Menos estudios han intentado describir el impacto directamente en términos de calentamiento. Un artículo de 2018 estimó que si el calentamiento global se limitara a 2 °C (3,6 °F) , el deshielo gradual del permafrost agregaría alrededor de 0,09 °C (0,16 °F) a las temperaturas globales para 2100, [ 100 ] mientras que una revisión de 2022 concluyó que cada 1 °C (1,8 °F) de calentamiento global causaría 0,04 °C (0,072 °F) y 0,11 °C (0,20 °F) por deshielo abrupto para el año 2100 y 2300. Alrededor de 4 °C (7,2 °F) de calentamiento global, podría ocurrir un colapso abrupto (alrededor de 50 años) y generalizado de áreas de permafrost, lo que resultaría en un calentamiento adicional de 0,2–0,4 °C (0,36–0,72 °F) . [ 88 ] [ 101 ]              

Inestabilidad del terreno provocada por el deshielo

Grave erosión costera en la costa del Océano Ártico de Alaska .
El permafrost queda al descubierto por la erosión costera en Alaska.

A medida que el agua drena o se evapora, la estructura del suelo se debilita y a veces se vuelve viscosa hasta que recupera su resistencia con la disminución del contenido de humedad. Un signo visible de la degradación del permafrost es el desplazamiento aleatorio de los árboles de su orientación vertical en las áreas de permafrost. [ 102 ] El calentamiento global ha estado aumentando las perturbaciones de las laderas del permafrost y el suministro de sedimentos a los sistemas fluviales, lo que resulta en aumentos excepcionales de sedimentos en los ríos. [ 103 ] Por otro lado, la perturbación del suelo anteriormente duro aumenta el drenaje de los embalses de agua en los humedales del norte . Esto puede secarlos y comprometer la supervivencia de las plantas y los animales acostumbrados al ecosistema del humedal. [ 104 ]

En las altas montañas, gran parte de la estabilidad estructural puede atribuirse a los glaciares y al permafrost. [ 105 ] A medida que el clima se calienta, el permafrost se descongela, disminuyendo la estabilidad de las pendientes y aumentando la tensión debido a la acumulación de presión del agua intersticial , lo que en última instancia puede conducir a fallas de laderas y desprendimientos de rocas . [ 106 ] [ 107 ] Durante el último siglo, se ha registrado un número creciente de eventos de fallas de laderas rocosas alpinas en cadenas montañosas de todo el mundo, y algunos se han atribuido al deshielo del permafrost inducido por el cambio climático. El deslizamiento de tierra de Val Pola de 1987 que mató a 22 personas en los Alpes italianos se considera un ejemplo de ello. [ 108 ] En 2002, se atribuyeron a la inestabilidad de las laderas en el permafrost de alta montaña caídas masivas de rocas y hielo (hasta 11,8  millones de m³ ) , ​​terremotos (hasta 3,9 en la escala de Richter ), inundaciones (hasta 7,8 millones de m³ de agua) y flujos rápidos de rocas y hielo a largas distancias (hasta 7,5  km a 60  m/s). [ 109 ]

Descongelamiento del permafrost en la isla Herschel , Canadá, 2013.

El deshielo del permafrost también puede dar lugar a la formación de lóbulos de escombros congelados (FDL), que se definen como "deslizamientos de tierra de movimiento lento compuestos de suelo, rocas, árboles y hielo". [ 110 ] Este es un problema notable en la cordillera Brooks del sur de Alaska , donde algunos FDL medían más de 100 m (110 yd) de ancho, 20 m (22 yd) de alto y 1000 m (1100 yd) de largo para 2012. [ 111 ] [ 112 ] A diciembre de 2021, se habían identificado 43 lóbulos de escombros congelados en la cordillera Brooks del sur, donde podrían amenazar potencialmente tanto el corredor del Sistema de Oleoductos Trans-Alaska (TAPS) como la autopista Dalton , que es el principal enlace de transporte entre el interior de Alaska y la vertiente norte de Alaska . [ 113 ]      

Infraestructura

Mapa del riesgo probable para la infraestructura debido al deshielo del permafrost que se espera ocurra para 2050. [ 114 ]

A partir de 2021, hay 1162 asentamientos ubicados directamente sobre el permafrost ártico, que albergan a aproximadamente 5 millones de personas. Para 2050, se espera que la capa de permafrost debajo del 42% de estos asentamientos se descongele, afectando a todos sus habitantes (actualmente 3,3  millones de personas). [ 115 ] En consecuencia, una amplia gama de infraestructura en áreas de permafrost está amenazada por el deshielo. [ 12 ] [ 116 ] : 236 Para 2050, se estima que casi el 70% de la infraestructura global ubicada en áreas de permafrost estaría en alto riesgo de deshielo del permafrost, incluyendo 30-50% de infraestructura "crítica". Los costos asociados podrían alcanzar decenas de miles de millones de dólares para la segunda mitad del siglo. [ 13 ] Se proyecta que la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero en línea con el Acuerdo de París estabilizará el riesgo después de mediados de siglo; de lo contrario, continuará empeorando. [ 114 ]

Solo en Alaska , los daños a la infraestructura para finales de siglo ascenderían a 4600  millones de dólares (en valor de dólares de 2015) si se materializara el escenario RCP8.5 , el escenario de cambio climático de altas emisiones . Más de la mitad proviene de los daños a los edificios (2800  millones de dólares), pero también hay daños a las carreteras (700  millones de dólares), los ferrocarriles (620 millones de dólares), los aeropuertos (360  millones de dólares) y los oleoductos (170  millones de dólares). [ 117 ] Se hicieron estimaciones similares para el escenario RCP4.5, un escenario menos intenso que conduce a alrededor de 2,5 °C (4,5 °F) para 2100, un nivel de calentamiento similar a las proyecciones actuales. [ 118 ] En ese caso, los daños totales por el deshielo del permafrost se reducen a 3 mil millones de dólares, mientras que los daños a carreteras y ferrocarriles disminuyen en aproximadamente dos tercios (de 700 y 620 millones de dólares a 190 y 220 millones de dólares ) y los daños a oleoductos se reducen más de diez veces, de 170 millones de dólares a 16 millones de dólares. A diferencia de otros costos derivados del cambio climático en Alaska, como los daños por el aumento de las precipitaciones y las inundaciones, la adaptación al cambio climático no es una forma viable de reducir los daños por el deshielo del permafrost, ya que costaría más que los daños ocasionados en cualquiera de los dos escenarios. [ 117 ]       

En Canadá, los Territorios del Noroeste tienen una población de tan solo 45 000 habitantes en 33 comunidades; sin embargo, se estima que el deshielo del permafrost les costará 1300  millones de dólares en 75 años, o alrededor de 51  millones de dólares anuales. En 2006, el costo de adaptar las viviendas de los inuvialuit al deshielo del permafrost se estimó en 208 dólares/m² si estaban construidas sobre cimientos de pilotes, y en 1000 dólares/m² si no lo estaban. En ese momento, la superficie media de una vivienda en el territorio era de unos 100  m² . Es poco probable que los daños causados ​​por el deshielo estén cubiertos por el seguro de hogar , y para abordar esta realidad, el gobierno territorial financia actualmente los programas de Asistencia para Reparaciones y Mejoras (CARE) y de Asistencia para Emergencias (SAFE), que ofrecen préstamos condonables a corto y largo plazo para ayudar a los propietarios a adaptarse. Es posible que en el futuro se opte por la reubicación obligatoria como la opción más económica. Sin embargo, esto desarraigaría a los inuit locales de sus tierras ancestrales. Actualmente, su ingreso personal promedio es solo la mitad del del residente promedio de los Territorios del Noroeste, lo que significa que los costos de adaptación ya son desproporcionados para ellos. [ 119 ]

Para 2022, hasta el 80% de los edificios en algunas ciudades del norte de Rusia ya habían sufrido daños. [ 13 ] Para 2050, los daños a la infraestructura residencial podrían alcanzar los 15  mil millones de dólares, mientras que los daños totales a la infraestructura pública podrían ascender a 132  mil millones de dólares. [ 120 ] Esto incluye las instalaciones de extracción de petróleo y gas , de las cuales se cree que el 45% están en riesgo. [ 114 ]

Mapa detallado de la infraestructura de la meseta Qinghai-Tíbet en riesgo por el deshielo del permafrost según el escenario SSP2-4.5. [ 121 ]

Fuera del Ártico, la meseta Qinghai-Tíbet (a veces conocida como "el Tercer Polo") también tiene una extensa área de permafrost. Se está calentando al doble de la tasa promedio mundial, y el 40% de ella ya se considera permafrost "cálido", lo que la hace particularmente inestable. La meseta Qinghai-Tíbet tiene una población de más de 10 millones de personas, el doble de la población de las regiones de permafrost en el Ártico, y más de 1  millón de m² de edificios se encuentran en su área de permafrost, así como 2631  km de líneas eléctricas y 580  km de vías férreas. [ 121 ] También hay 9389  km de carreteras, y alrededor del 30% ya están sufriendo daños por el deshielo del permafrost. [ 13 ] Las estimaciones sugieren que, bajo el escenario más similar al actual, SSP2-4.5 , alrededor del 60% de la infraestructura actual estaría en alto riesgo para 2090 y su simple mantenimiento costaría 6.310  millones de dólares, con la adaptación reduciendo estos costos en un máximo del 20,9%. Mantener el calentamiento global en 2 °C (3,6 °F) reduciría estos costos a 5.650 millones de dólares, y cumplir con el objetivo optimista del Acuerdo de París de 1,5 °C (2,7 °F) ahorraría otros 1.320 millones de dólares. En particular, menos del 20% de los ferrocarriles estarían en alto riesgo para 2100 bajo 1,5 °C (2,7 ° F) , pero este porcentaje aumenta al 60% a 2 °C (3,6 °F) , mientras que bajo SSP5-8.5, este nivel de riesgo se alcanza a mediados de siglo. [ 121 ]          

Liberación de contaminantes tóxicos

Representación gráfica de fugas de diversos peligros tóxicos causadas por el deshielo del permafrost anteriormente estable. [ 14 ]

Durante gran parte del siglo XX, se creyó que el permafrost preservaría "indefinidamente" cualquier cosa enterrada allí, lo que convirtió a las zonas profundas de permafrost en lugares populares para la eliminación de residuos peligrosos. En lugares como el yacimiento petrolífero de Prudhoe Bay en Canadá , se desarrollaron procedimientos que documentaban la forma "apropiada" de inyectar residuos bajo el permafrost. Esto significa que, a partir de 2023, existen aproximadamente 4500 instalaciones industriales en las zonas de permafrost del Ártico que procesan o almacenan activamente productos químicos peligrosos. Además, hay entre 13 000 y 20 000 sitios que han sido gravemente contaminados, [ 122 ] el 70 % de ellos en Rusia, y su contaminación se encuentra actualmente atrapada en el permafrost. [ 123 ]

Se espera que alrededor de una quinta parte de los sitios industriales y contaminados (1000 y entre 2200 y 4800) comiencen a descongelarse en el futuro, incluso si el calentamiento no aumenta con respecto a los niveles de 2020. Solo alrededor de un 3 % más de sitios comenzarían a descongelarse entre ahora y 2050 bajo el escenario de cambio climático consistente con los objetivos del Acuerdo de París , RCP2.6 , pero para 2100, se espera que alrededor de 1100 instalaciones industriales más y entre 3500 y 5200 sitios contaminados comiencen a descongelarse incluso entonces. Bajo el escenario de muy altas emisiones RCP8.5, el 46 % de los sitios industriales y contaminados comenzarían a descongelarse para 2050, y prácticamente todos ellos se verían afectados por el deshielo para 2100. [ 14 ]

Los organoclorados y otros contaminantes orgánicos persistentes son motivo de especial preocupación, debido a su potencial para llegar repetidamente a las comunidades locales tras su liberación por biomagnificación en los peces. En el peor de los casos, las futuras generaciones nacidas en el Ártico nacerían con sistemas inmunitarios debilitados debido a la acumulación de contaminantes a lo largo de las generaciones. [ 16 ]

Distribución de sustancias tóxicas actualmente presentes en diversos sitios de permafrost en Alaska, por sector. El número de esqueletos de peces representa la toxicidad de cada sustancia. [ 14 ]

Un ejemplo notable de los riesgos de contaminación asociados al permafrost fue el derrame de petróleo de Norilsk en 2020 , causado por el colapso de un tanque de almacenamiento de combustible diésel en la central termoeléctrica n.° 3 de Norilsk-Taimyr Energy. Se derramaron 6000 toneladas de combustible en tierra y 15 000 en agua, contaminando los ríos Ambarnaya , Daldykan y muchos ríos más pequeños de la península de Taimyr , llegando incluso al lago Pyasino , una fuente de agua crucial en la zona. Se declaró el estado de emergencia a nivel federal. [ 124 ] [ 125 ] El evento ha sido descrito como el segundo mayor derrame de petróleo en la historia moderna de Rusia. [ 126 ] [ 127 ]

Otro problema asociado con el deshielo del permafrost es la liberación de depósitos naturales de mercurio . Se estima que 800.000 toneladas de mercurio están congeladas en el suelo del permafrost. Según las observaciones, alrededor del 70% es absorbido por la vegetación después del deshielo. [ 16 ] Sin embargo, si el calentamiento continúa bajo el escenario RCP8.5, las emisiones de mercurio del permafrost a la atmósfera igualarían las emisiones globales actuales de todas las actividades humanas para el año 2200. Los suelos ricos en mercurio también representan una amenaza mucho mayor para los seres humanos y el medio ambiente si se descongelan cerca de los ríos. Bajo el escenario RCP8.5, para el año 2050, la cantidad de mercurio que llegará a la cuenca del río Yukón será suficiente para que sus peces no sean aptos para el consumo según las directrices de la EPA . Para el año 2100, las concentraciones de mercurio en el río se duplicarán. Por el contrario, incluso si la mitigación se limita al escenario RCP4.5, los niveles de mercurio aumentarán en aproximadamente un 14 % para el año 2100 y no incumplirán las directrices de la EPA ni siquiera para el año 2300. [ 15 ]

Resurrección de organismos antiguos

Microorganismos

Algunos de los antiguos virus que se alimentaban de amebas, revividos por el equipo de investigación de Jean-Michel Claverie. En el sentido de las agujas del reloj desde arriba: Pandoravirus yedoma ; Pandoravirus mammoth y Megavirus mammoth ; Cedratvirus lena ; Pithovirus mammoth ; Megavirus mammoth ; Pacmanvirus lupus . [ 17 ]

Se sabe que las bacterias pueden permanecer latentes para sobrevivir en condiciones adversas, y los virus no son metabólicamente activos fuera de las células huésped. Esto ha generado preocupación de que el deshielo del permafrost pueda liberar microorganismos previamente desconocidos, capaces de infectar a humanos o a ganado y cultivos importantes , lo que podría provocar epidemias o pandemias dañinas . [ 17 ] [ 18 ] Además, algunos científicos argumentan que podría producirse una transferencia horizontal de genes entre las bacterias más antiguas, anteriormente congeladas, y las modernas, y que una consecuencia podría ser la introducción de nuevos genes de resistencia a los antibióticos en el genoma de los patógenos actuales, lo que agravaría lo que ya se prevé que se convierta en un problema difícil en el futuro. [ 128 ] [ 16 ]

Al mismo tiempo, patógenos notables como la influenza y la viruela parecen incapaces de sobrevivir a la descongelación, [ 20 ] y otros científicos argumentan que el riesgo de que microorganismos antiguos puedan sobrevivir a la descongelación y amenazar a los humanos no es científicamente plausible. [ 19 ] Asimismo, algunas investigaciones sugieren que las capacidades de resistencia antimicrobiana de las bacterias antiguas serían comparables o incluso inferiores a las de las modernas. [ 129 ] [ 21 ]

Plantas

En 2012, investigadores rusos demostraron que el permafrost podía servir como depósito natural de formas de vida antiguas al revivir una muestra de Silene stenophylla procedente de tejido de 30 000 años de antigüedad hallado en la madriguera de una ardilla de la Edad de Hielo en el permafrost siberiano . Este es el tejido vegetal más antiguo jamás revivido. La planta resultante era fértil, produciendo flores blancas y semillas viables. El estudio demostró que el tejido vivo puede sobrevivir a la conservación en hielo durante decenas de miles de años. [ 130 ]

Historia de la investigación científica

Entre mediados del siglo XIX y mediados del siglo XX, la mayor parte de la literatura sobre la ciencia básica del permafrost y los aspectos de ingeniería del permafrost se escribió en ruso. Uno de los primeros informes escritos que describen la existencia del permafrost data de 1684 , cuando los esfuerzos de excavación de pozos en Yakutsk se vieron frustrados por su presencia. [ 76 ] : 25 Un papel significativo en la investigación inicial del permafrost fue desempeñado por Alexander von Middendorff (1815–1894) y Karl Ernst von Baer , ​​un científico germano-báltico de la Universidad de Königsberg y miembro de la Academia de Ciencias de San Petersburgo . Baer comenzó a publicar trabajos sobre el permafrost en 1838 y a menudo se le considera el "fundador de la investigación científica del permafrost". Baer sentó las bases de la terminología moderna del permafrost al recopilar y analizar todos los datos disponibles sobre el hielo subterráneo y el permafrost. [ 131 ]

Límite meridional del permafrost en Eurasia según Karl Ernst von Baer (1843) y otros autores.

También se sabe que Baer compuso el primer libro de texto sobre permafrost del mundo en 1843, Materialien zur Kenntniss des unvergänglichen Boden-Eises in Sibirien ( Materiales para el estudio del hielo subterráneo perenne en Siberia ), escrito en su alemán natal. Sin embargo, no se imprimió entonces, y la traducción al ruso no estuvo lista hasta 1942. Se creía que el libro de texto original en alemán se había perdido hasta que se descubrió el manuscrito de 1843 en los archivos de la biblioteca de la Universidad de Giessen . El texto de 234 páginas estaba disponible en línea, con mapas adicionales, prefacio y comentarios. [ 131 ] Cabe destacar que el límite sur del permafrost en Eurasia dibujado por Baer en 1843 coincide bien con el límite sur real verificado por la investigación moderna. [ 27 ] [ 131 ]

El número anual de artículos de investigación científica publicados sobre el tema del carbono del permafrost ha pasado de ser prácticamente nulo alrededor de 1990 a unos 400 en 2020. [ 11 ]

A partir de 1942, Siemon William Muller profundizó en la literatura rusa pertinente que se conservaba en la Biblioteca del Congreso y en la Biblioteca del Servicio Geológico de los Estados Unidos, de modo que pudo proporcionar al gobierno una guía de campo de ingeniería y un informe técnico sobre el permafrost para 1943. [ 132 ] Ese informe acuñó el término inglés como una contracción de suelo permanentemente congelado, [ 133 ] en lo que se consideró una traducción directa del término ruso vechnaia merzlota ( en ruso: вечная мерзлота ). En 1953, esta traducción fue criticada por otra investigadora del USGS, Inna Poiré, ya que creía que el término había creado expectativas poco realistas sobre su estabilidad: [ 76 ] : 3 más recientemente, algunos investigadores han argumentado que "congelación perpetua" sería una traducción más adecuada. [ 134 ] El informe en sí fue clasificado (como Ejército de los EE. UU. Oficina del Jefe de Ingenieros, Estudio de Ingeniería Estratégica , n.° 62, 1943), [ 133 ] [ 135 ] hasta que se publicó una versión revisada en 1947, que se considera el primer tratado norteamericano sobre el tema. [ 132 ] [ 136 ]

Entre el 11 y el 15 de noviembre de 1963, tuvo lugar la Primera Conferencia Internacional sobre Permafrost en el campus de la Universidad de Purdue, en la ciudad estadounidense de West Lafayette, Indiana . Contó con la participación de 285 personas (entre ellas ingenieros, fabricantes y constructores que asistieron junto con los investigadores) procedentes de diversos países ( Argentina , Austria , Canadá, Alemania, Gran Bretaña, Japón, Noruega , Polonia , Suecia, Suiza, Estados Unidos y la URSS ). Este evento marcó el inicio de la colaboración científica moderna en la materia. Las conferencias se siguen celebrando cada cinco años. Durante la Cuarta Conferencia, celebrada en 1983, una reunión especial entre los cuatro países participantes más importantes (Estados Unidos, la URSS, China y Canadá) dio origen oficialmente a la Asociación Internacional del Permafrost . [ 137 ]

En las últimas décadas, la investigación sobre el permafrost ha atraído más atención que nunca debido a su papel en el cambio climático . En consecuencia, se ha producido una aceleración masiva en la publicación de literatura científica . Alrededor de 1990, casi no se publicaban artículos que contuvieran las palabras "permafrost" y "carbono"; para 2020, se publicaban anualmente alrededor de 400 artículos de este tipo. [ 11 ]

Véase también

Referencias

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