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영구동토층

Permafrost
이 기사는 얼은 땅에 관한 기사입니다.기타 용도는 영구 동토층(동음이의)을 참조하십시오.
영구동토층
북반구 영구동토의 범위와 종류를 나타낸 지도
사용처국제 영구 동토층 협회
기후.고위도, 고산지대

영구동토층(영구동토층)은 2년 이상 0°C(32°F) 이하로 지속적으로 유지되는 토양 또는 수중 퇴적물입니다. 가장 오래된 영구동토층은 약 700,000년 동안 지속적으로 동결되었습니다.[1]가장 얕은 영구 동토층은 수직 범위가 1미터(3피트) 이하이지만 가장 깊은 곳은 1,500미터(4,900피트) 이상입니다.[2]마찬가지로, 개별 영구 동토층 지역의 면적은 좁은 산악 정상으로 제한되거나 광대한 북극 지역에 걸쳐 확장될 수 있습니다.[3]빙하와 빙상 아래의 땅은 보통 영구 동토층으로 정의되지 않기 때문에 육지에서는 일반적으로 계절에 따라 얼고 해동하는 소위 활동적인 토양층 아래에 위치합니다.[4]

북반구의 약 15% 또는 지구 표면의 약 11%가 영구 동토층에 의해 아래에 놓여 있으며,[5] 전체 면적은 약 1,800만 km2 (690만 평방 마일)입니다.[6]여기에는 알래스카, 그린란드, 캐나다, 시베리아의 상당한 지역이 포함됩니다.또한 티베트 고원을 대표적인 예로 하여 높은 산 지역에 위치하고 있습니다.남반구에는 소수의 영구 동토층만이 존재하며, 파타고니아의 안데스 산맥, 뉴질랜드의 남알프스 산맥, 또는 남극의 가장 높은 산과 같은 산비탈에 위탁됩니다.[3][1]

영구 동토층은 수천 년 동안 탄소를 완전히 분해하여 방출할 기회를 갖지 못한 채 축적된 다량의 죽은 바이오매스를 포함하고 있어 툰드라 토양을 탄소 싱크로 만듭니다.[3]지구온난화로 생태계가 더워지면서 얼었던 토양이 녹으면서 분해가 새로 시작될 정도로 따뜻해져 영구 동토층 탄소 순환이 빨라집니다.분해는 해빙기의 조건에 따라 이산화탄소 또는 메탄을 방출할 수 있으며, 이러한 온실가스 배출은 기후변화 피드백으로 작용합니다.[7][8][9]영구 동토의 해빙으로 인한 배출은 기후에 충분한 영향을 미쳐 전 세계 탄소 예산에 영향을 미칠 것입니다.영구 동토층 배출량의 정확한 추정치는 서로 다른 해빙 과정에 대한 불확실성 때문에 모델링하기가 어렵습니다.인간이 배출하는 것보다 작고 "도주 온난화"를 초래할 만큼 충분히 크지 않을 것이라는 데에는 광범위한 동의가 있습니다.[10]대신, 예상되는 연간 영구 동토층 배출량은 삼림 벌채로 인한 전 세계 배출량 또는 러시아, 미국, 중국과 같은 큰 국가의 연간 배출량과 비교되어 왔습니다.[11]

기후 영향 외에도 영구 동토 해빙은 추가적인 위험을 가져옵니다.이전에 얼었던 땅은 종종 해빙될 때 갑자기 유압 포화도가 초과될 정도로 충분한 얼음을 함유하고 있어서 땅이 크게 움직이고 심지어 완전히 무너질 수도 있습니다.영구 동토가 얼고 안정적일 때 많은 건물들과 다른 기반시설들이 영구 동토층 위에 지어졌기 때문에 해빙되면 붕괴되기 쉽습니다.[12]추정치에 따르면 2050년까지 그러한 인프라의 거의 70%가 위험에 처해 있으며, 금세기 후반에는 관련 비용이 수백억 달러로 증가할 것으로 예상됩니다.[13]또한 영구 동토층에는 1만3천~2만여 곳의 유독성 폐기물로 오염된 곳이 있으며,[14][15] 천연 수은 퇴적물은 온난화가 진행됨에 따라 모두 누출되어 환경을 오염시키기 쉽습니다.[16]마지막으로, 비록 이러한 위험은 추측성이고 과학계의 많은 사람들에 의해 믿을 수 없는 것으로 여겨지지만,[17][18] 잠재적으로 병원성을 가진 미생물이 해빙기에서 살아남고 미래의 전염병과 전염병에 기여하는 것에 대한 우려가 있어 왔습니다.[19][20][21]

구분 및 범위

영구 동토층 온도 프로파일입니다지열 활동은 최저층을 동결 이상으로 유지하는 반면, 활성층은 그 위에 있는 중간 영역을 차지합니다.수직 0°C 또는 32°F 선은 영구 동토층의 상한과 하한에 결정적인 연평균 온도를 나타내며 빨간색 선은 계절적 온도 변화와 계절적 온도 극단을 나타냅니다.상단의 실선은 활성층의 계절별 최고 및 최저 온도를 나타내며 빨간색 점대 실선은 영구 동토층 지역의 토양 깊이에 따른 평균 온도 프로파일을 나타냅니다.

영구 동토층은 2년 이상 연속으로 얼려진 토양, 암석 또는 퇴적물입니다.실제로, 이것은 영구 동토층이 연평균 -2°C(28.4°F) 이하의 온도에서 발생한다는 것을 의미합니다.가장 추운 지역에서는 영구 동토층의 깊이가 1,400 m (4,600 ft)를 넘을 수 있습니다.[22]일반적으로 소위 활성층 아래에 존재하며, 이는 매년 얼고 해동되며, 해동되는 토양에서만 뿌리가 고정될 수 있기 때문에 식물의 생장을 지원할 수 있습니다.[2]활동층 두께는 여름이 끝날 때 최대 범위에서 측정됩니다.[23] 2018년 현재 북반구의 평균 두께는 ~145 센티미터(4.76 피트)이지만 지역적으로 상당한 차이가 있습니다.북동 시베리아, 알래스카, 그린란드는 가장 단단한 영구 동토층으로 가장 낮은 활성층 범위(평균 50cm 미만, 때로는 30cm 미만)를 가지고 있으며, 반면 노르웨이 남부와 몽골 고원은 평균 활성층이 600cm 이상인 유일한 지역입니다.10미터(33피트)[24][25]의 기록으로활성층과 영구 동토층 사이의 경계는 때때로 영구 동토층 테이블이라고 불립니다.[26]

얼음으로 완전히 덮여 있지 않은 북반구 땅의 약 15%는 영구 동토층에 의해 직접적으로 하층에 위치합니다. 22%는 영구 동토층 또는 지역의 일부로 정의됩니다.[5]이는 이 지역의 절반이 조금 넘는 지역만이 영구 동토층에 의해 땅의 90%~100%가 속토층인 연속 영구 동토층으로 정의되기 때문입니다.대신 약 20%는 불연속 영구 동토층으로 정의되며, 적용 범위는 50%에서 90% 사이입니다.마지막으로, 나머지 영구 동토층의 30%는 산발적 영구 동토층으로 정의되는 10%-50% 범위의 지역과 그 지역의 10% 이하를 차지하는 영구 동토층의 고립된 패치를 가진 일부 지역으로 구성됩니다.[27][28]: 435 이 지역의 대부분은 시베리아, 캐나다 북부, 알래스카 그리고 그린란드에서 발견됩니다.활성층 아래에서 영구 동토층의 연간 온도 변동은 깊이에 따라 작아집니다.영구 동토층의 최대 깊이는 지열이 영하의 온도를 유지하는 지점 바로 직전에 발생합니다.이 하한선 이상에는 연간 온도가 일정한 영구 동토층(등온 영구 동토층)이 있을 수 있습니다.[29]

커버리지 연속성

영구 동토층은 일반적으로 연평균 공기 온도가 물의 어는점보다 낮은 기후에서 형성됩니다.북스칸디나비아와 우랄 산맥 서쪽의 유럽 러시아의 북동쪽 지역과 같은 습한 해안 숲에서 눈이 단열재 역할을 하는 곳에서 발견됩니다.빙하가 있는 지역도 예외가 될 수 있습니다.모든 빙하는 지열에 의해 그들의 기저부에서 따뜻해지기 때문에, 전체적으로 압력 용융점 근처에 있는 온대 빙하는 지면과의 경계에 액체 상태의 물을 가지고 있을 수 있고 따라서 기저 영구 동토가 없을 수 있습니다.[30]"화석"은 플라이스토세 동안 발달한 깊은 영구 동토층이 수백 미터까지 지속되는 지역에서 지열 구배의 저온 이상 현상을 나타냈습니다.이것은 북미와 유럽의 시추공에서 온도를 측정한 것에서 명백합니다.[31]

불연속 영구 동토

얼음이 풍부한 영구 동토층을 알래스카에서 잭해머로 발굴하는 것.

지열 지각 구배의 결과로 평균 연간 기온은 깊이에 따라 증가하는 경향이 있으며, 지하 온도는 계절에 따라 차이가 적습니다.따라서, 연평균 공기 온도가 0°C(32°F)보다 약간 낮으면, 영구 동토층은 (북반구와 남반구에서 각각) 북쪽 또는 남쪽 측면이 있는 보호된 지점에서만 형성되어, 불연속적인 영구 동토층을 생성합니다.보통 연평균 토양 표면 온도가 -5~0°C(23~32°F)인 기후에서는 영구 동토층이 불연속적으로 유지됩니다.앞서 언급한 습윤 겨울 지역에서는 -2°C(28°F)까지 연속적인 영구 동토가 없을 수도 있습니다.불연속 영구동토층은 종종 광범위한 불연속 영구동토층으로 더 나뉘는데, 여기서 영구동토층은 풍경의 50%에서 90% 사이를 차지하며 보통 연평균 기온이 -2~-4°C(28~25°F) 사이인 지역과 산발적 영구동토층에서 발견됩니다.여기서 영구 동토층 커버는 경관의 50% 미만이며 일반적으로 연평균 0~-2°C(32~28°F) 사이에서 발생합니다.[32]

토양과학에서 산발적 영구동토층은 SPZ와 광범위한 불연속 영구동토층 DPZ로 약칭됩니다.[33]빙하가 없는 시베리아와 알래스카에서는 예외가 발생하는데, 현재 영구 동토층의 깊이는 빙하기 동안의 기후 조건의 유물로 겨울이 오늘날보다 최대 11°C(20°F) 더 추웠습니다.

연속 영구 동토층

지역별[34] 고산 영구 동토의 추정 범위
지역성 지역
칭하이 티베트 고원 1,300,000 km2 (500,000 평방 마일)
칸가이알타이 산맥 1,000,000 km2 (390,000 평방 마일)
브룩스 레인지 263,000 km2 (102,000 평방 마일)
시베리아 산맥 255,000 km2 (98,000 평방 마일)
그린란드 251,000 km2 (97,000 평방 마일)
우랄 산맥 125,000 km2 (48,000 평방 마일)
안데스 100,000 km2 (39,000 sqmi)
로키 산맥 (미국 및 캐나다) 100,000 km2 (39,000 sqmi)
알프스 산맥 80,000 km2 (31,000 sqmi)
페노스칸디나비아 산맥 75,000 km2 (29,000 평방 마일)
남은 <50,000 km2 (19,000 sqmi)

연평균 토양 표면 온도가 -5 °C(23 °F) 미만일 때는 영구 동토층과 연속 영구 동토층(CPZ로 약칭) 형태를 해동하기에 측면의 영향이 결코 충분할 수 없습니다.북반구의[35] 연속적인 영구 동토층은 육지가 지속적인 영구 동토층이나 빙하로 덮여 있는 최남단의 경계를 나타냅니다.지속적인 영구 동토선은 지역적인 기후 변화로 인해 전 세계적으로 북쪽 또는 남쪽으로 다양합니다.남반구에서, 만약 그곳에 땅이 있다면, 이와 동등한 선의 대부분은 남반구에 속할 것입니다.남극 대륙의 대부분은 빙하에 의해 덮여 있으며, 그 아래에는 그 지역의 많은 부분이 기저 용해의 대상이 됩니다.[36]노출된 남극 대륙의 땅은 영구 동토층으로 상당히 아래에 위치해 있으며,[37] 그 중 일부는 해안선을 따라 온난화와 해빙의 영향을 받을 수 있습니다.[38]

고산 영구동토층

북반구와 남반구의 다양한 고도들은 영구적으로 얼어붙은 땅을 지탱할 수 있을 만큼 충분히 춥습니다. 가장 잘 알려진 예로는 캐나다 로키 산맥, 유럽 알프스 산맥, 히말라야 산맥, 티엔 샨 등이 있습니다.일반적으로 광범위한 고산 영구 동토층은 연평균 -3 °C(27 °F)의 공기 온도가 필요한 것으로 밝혀졌지만, 이는 지역 지형에 따라 달라질 수 있으며, 일부 산악 지역은 -1 °C(30 °F)에서 영구 동토층을 지지하는 것으로 알려져 있습니다.또한 지표면의 고산 영구 동토층이 더 따뜻하고 식생을 지지하는 토양으로 덮여 있는 것도 가능합니다.[39]

마지막 빙하기에서 현재까지의 해저 영구동토 범위와 구조의 변화.[6]

고산 영구 동토층은 특히 연구하기가 어려우며, 체계적인 연구 노력은 1970년대에 이르러서야 시작되었습니다.[39]결과적으로, 그것의 지리에 대한 불확실성이 남아있습니다.2009년까지만 해도 아프리카의 가장 높은 봉우리인 킬리만자로 산(해발 4,700m, 적도에서 남쪽으로 약 3°)에서 영구 동토층이 발견되었습니다.[40]2014년에 고산 영구 동토층의 범위에 대한 지역별 추정치를 수집하여 전 세계 범위를 3,560,000 km2 (1,370,000 평방 마일)로 설정했습니다.[34]그러나 2014년까지 안데스 산맥의 고산 영구 동토층은 완전히 지도화되지 않았지만,[41] 이 지역의 물의 양을 평가하기 위해 그 범위가 모델링되었습니다.[42]

해저 영구동토층

해저 영구 동토층은 해저 아래에서 발생하며 극지방의 대륙붕에 존재합니다.[2]이 지역들은 지구의 물의 더 많은 부분이 육지의 빙상에 묶여 있었고 해수면이 낮았던 마지막 빙하기 동안 형성되었습니다.홀로세 빙하 후퇴 때 빙상이 녹아 다시 바닷물이 되면서 해안 영구 동토층은 표면 영구 동토층에 비해 상대적으로 따뜻하고 염분이 많은 경계 조건에서 물에 잠긴 선반이 되었습니다.그 이후로, 이러한 상황들은 해저 영구 동토층 범위의 점진적이고 지속적인 감소로 이어졌습니다.[6]그럼에도 불구하고, 그 존재는 "해저에 기초한 연안 시설, 해저에 기초한 구조물, 인공섬, 해저 파이프라인, 탐사 및 생산을 위해 시추된 우물의 설계, 건설 및 운영"에 중요한 고려 사항으로 남아 있습니다.[43]해저 영구 동토층은 또한 한때 클라스레이트 총 가설로 알려진 것에서 주요 기후 분기점으로 추측되었지만 현재는 예상되는 기후 변화에 어떤 역할도 하지 않는 것으로 믿어지고 있는 메탄 클라스레이트 퇴적물을 겹칠 수 있습니다.[44]

영구 동토의 과거 정도

마지막 빙하기에는 얼음이 없는 유럽 전역을 남쪽으로 세게드(헝가리 남동부), 아조프해(당시 건조한 땅)[45]까지, 동아시아를 남쪽으로 창춘과 아바시리까지 포함하는 지속적인 영구 동토가 오늘날보다 훨씬 더 넓은 지역을 덮었습니다.[46]북아메리카의 경우, 영구 동토층의 극히 좁은 지대만이 뉴저지의 위도에서 남쪽으로 아이오와주 남부와 미주리주 북부에 걸쳐 존재했지만, 영구 동토층은 아이다호와 오리건주의 남쪽 경계까지 확장된 더 건조한 서부 지역에서 더 광범위했습니다.[47]남반구에서는 중부 오타고와 아르헨티나 파타고니아에 이 시기의 영구 동토층이 있었다는 증거가 일부 있지만 아마도 불연속적이었을 것이며 툰드라와 관련이 있습니다.또한 약 3,000 미터(9,840 피트) 이상의 빙하기 동안 드레이크엔스베르크에서 알파인 영구 동토층이 발생했습니다.[48][49]

발현량

알래스카[50]: 35 프루도 만에서 영구 동토층이 깊이에 도달하는 데 필요한 시간
시간(년) 영구동토층
1 4.44m(14.6ft)
350 79.9m (262ft)
3,500 219.3m (719ft)
35,000 461.4m (1,514ft)
100,000 567.8m (1,863ft)
225,000 626.5m(2,055ft)
775,000 687.7m (2,256ft)

기저깊이

영구 동토층은 지구로부터의 지열과 지표면의 평균 연간 온도가 0°C(32°F)의 평형 온도에 도달하는 기저 깊이까지 확장됩니다.[51]이 영구 동토층의 기저 깊이는 매우 다양합니다 – 그것은 가장 얕은 지역에서는 1미터 미만이지만 시베리아의 레나 강과 야나 강 유역에서는 1,493미터에 이릅니다.[2][22]계산 결과 영구 동토층 형성 시간은 처음 몇 미터를 지나면서 크게 느려졌습니다.예를 들어, 알래스카 프루도 만의 깊은 영구 동토층을 형성하는 데는 50만년 이상이 필요했는데, 이 기간은 플라이스토세의 여러 빙하기와 간빙기에 걸쳐 연장되었습니다.[50]: 18

기저 깊이는 기초 지질학, 특히 암반보다 토양의 영구 동토층에서 낮은 열전도율에 의해 영향을 받습니다.[51]전도율이 낮으면 영구 동토층은 지열 구배의 영향을 덜 받습니다. 지열 구배는 지구 내부의 깊이가 증가함에 따라 온도가 증가하는 속도입니다.불안정한 동위원소의 방사성 붕괴에 의해 지구 내부의 열에너지가 생성되어 ~47테라와트(TW)의 속도로 전도되어 지표로 흘러감에 따라 발생합니다.[52]지각판 경계에서 벗어나면 표면 근처의 평균 열 흐름 25~30°C/km(124~139°F/mi)에 해당합니다.[53]

거대지상빙

캐나다 바이롯 섬에 있는 거대한 얼음 퇴적물의 예로 라벨이 붙어 있습니다.[54]

영구 동토층의 얼음 함량이 250%를 초과할 경우(질량 기준으로 토양을 말리는 얼음), 그것은 거대 얼음으로 분류됩니다.거대한 얼음 덩어리는 얼음 진흙에서 순수 얼음에 이르기까지 상상할 수 있는 모든 단계에서 다양한 구성 요소를 가질 수 있습니다.거대한 얼음 침대는 최소 두께가 최소 2m이고 직경이 최소 10m입니다.[55]이 현상에 대한 북아메리카의 최초의 관찰 기록은 1919년 캐닝 강(알래스카)의 유럽 과학자들에 의한 것이었습니다.[56]러시아 문헌은 1735년과 1739년 P에 의한 북방 대탐험 시기를 제시하고 있습니다.각각 라시니우스와 카리톤 라프테프.I.A를 포함한 러시아 수사관들.로파틴, B.케그보모프, S.테이버와 지.베스코우는 얼음을 얼리는 토양에 포함시키기 위한 최초의 이론도 만들었습니다.[57]

영구 동토층에는 네 가지 범주의 얼음이 있지만 - 기공 얼음, 얼음 쐐기 (정맥 얼음으로도 알려져 있음), 매장 표면 얼음 및 퇴적 내 얼음 (때로는 체질[57] 얼음으로도 불림) - 마지막 두 가지 얼음만 거대한 얼음으로 자격을 얻을 수 있을 정도로 충분히 큰 경향이 있습니다.[58][26]이 두 가지 유형은 보통 별개로 발생하지만, Laurentide 빙상 유적이 있는 캐나다 서부의 Tuktoyaktuk 해안처럼 함께 발견될 수도 있습니다.[59]

매장된 표면 얼음은 눈, 얼은 호수 또는 해빙, 오페이스(가느다란 강 얼음), 그리고 이전의 플라이스토세 빙상에서 매장된 빙하에서 비롯될 수 있습니다.후자는 고생물학적 연구에 엄청난 가치를 가지고 있지만, 2022년 현재까지 묻힌 고대 얼음의 전체 범위와 부피는 알려지지 않았습니다.[60]고대 얼음 퇴적물로 알려진 주목할 만한 장소로는 러시아 시베리아의 예니세이 강 계곡뿐만 아니라 캐나다 누나부트 준주와 북서부 준주의 뱅크스와 빌롯 섬이 있습니다.[61][62][54]매장된 빙상잔해 중 일부는 열전대호를 수용하는 것으로 알려져 있습니다.[60]

퇴적 또는 체질 얼음은 캐나다 전역에서 광범위하게 관찰되고 연구되어 왔습니다.지하수가 제자리에서 얼 때 형성되며, 침입형 얼음, 주입형 얼음, 분리형 얼음으로 세분됩니다.후자는 물이 반데르발스 힘의 영향으로 냉동 전선으로 이동할 때 발생하는 습윤 퇴적물에서 결정화 분화 후 형성된 우세한 유형입니다.[56][55][58]이것은 느린 과정으로, 바닷물의 20% 미만의 염도를 가진 실트에서 주로 발생합니다. 더 높은 염도를 가진 실트 침전물과 점토 침전물은 유변학적 과정이 지배하는 얼음 형성 전에 물의 이동을 대신합니다.결과적으로, 점토 퇴적물의 꼭대기 2.5미터에 퇴적물 내 얼음이 형성되는 데는 1년에서 1,000년이 걸리지만, 토탄 퇴적물의 경우에는 10년에서 10,000년이 걸리고, 진흙 퇴적물의 경우에는 1,000년에서 1,000,000년이 걸립니다.[26]

약 22미터(72피트) x 1,300미터(4,300피트) 헤드월 내에 허셜 섬의 남쪽 해안에 위치한 역행적 해빙 슬럼프의 절벽 벽.

지형

참고 항목: 무늬가 있는 지면

열수축으로 균열이 생겨 얼음 쐐기가 되고, 고체의 팽창과 같은 영구 동토 과정 – 반복적으로 얼고 녹으면서 경사면 아래로 흙이 점진적으로 이동 – 북극, 주변 및 고산 지역에서 발견되는 다각형, 고리, 계단 및 기타 형태의 패턴화된 지면의 형성으로 이어집니다.[63][64]얼음이 풍부한 영구 동토층 지역에서는 지표면 얼음이 녹으면 열로카스트 호수, 해빙 슬럼프, 열식성 걸리, 활성층 분리와 같은 열로카스트 지형이 시작됩니다.[65][66]특히 북극의 황무지와 늪지대에 있는 이례적으로 깊은 영구 동토층은 따뜻한 계절에 종종 녹는 물을 끌어들여 얼음 렌즈를 형성하고 주변 땅은 경사지에서 바깥쪽으로 돌출되기 시작합니다.이것은 결국 팔라스와 같은 영구 동토층의 이 중심부 주변에 대규모 지형을 형성할 수 있습니다 – 길이는 15–150 m (49–492 피트), 폭은 10–30 m (33–98 피트)이지만 얕은 (1–6 m (3 피트 3 인치 – 19 피트 8 인치) 이탄 언덕 – 그리고 3–70 m (10–230 피트) 높이와 30–1,000 m (98–3,281 피트)[67][68] 지름의 훨씬 더 큰 핑고.

생태학

노스웨스트 준주 포트 심슨 남쪽에 있는 이탄 고원 단지.

뿌리가 얕은 식물만이 영구 동토층이 있을 때 살아남을 수 있습니다.검은 가문비나무는 제한된 뿌리 부분을 견디며 영구 동토층이 광범위한 식물군을 지배합니다.마찬가지로, 굴과 굴에 사는 동물 종들은 영구 동토층에 의해 서식지가 제한되며, 이러한 제한은 생태계 내 종들 간의 상호작용에도 2차적인 영향을 미칩니다.[69]

스웨덴 Storflaket 영구동토층 보그 가장자리에 형성된 균열

영구 동토는 얼었지만 미생물이 완전히 서식하기에 불편한 것은 아니지만, 그 수는 일반적으로 토양 1g당 1억에서 1억으로 매우 다양할 수 있습니다.[70][71]영구 동토 탄소 순환(Arctic Carbon Cycle)은 영구 동토에서 육상 식생 및 미생물로, 대기로, 다시 식생으로, 마지막으로 극저온 과정으로 인한 매몰 및 퇴적을 통해 영구 동토로 탄소가 이동하는 것을 다룹니다.이 탄소의 일부는 지구적인 탄소 순환을 통해 해양과 지구의 다른 지역으로 옮겨집니다.이 사이클은 육상 성분과 대기 사이의 이산화탄소와 메탄의 교환뿐만 아니라 메탄, 용존 유기 탄소, 용존 무기 탄소, 미립 무기 탄소 및 미립 유기 탄소로서 토지와 물 사이의 탄소 이동을 포함합니다.[72]

영구동토층에서 발견되는 대부분의 박테리아와 곰팡이는 실험실에서 배양할 수 없지만, 미생물의 정체는 DNA 기반 기술로 밝혀질 수 있습니다.예를 들어, 시베리아 동부 콜리마 저지대의 플라이스토세 후기 영구 동토층 표본에서 추출한 16개의 SRRNA 유전자를 분석한 결과, 8개의 계통형이 발견되었는데, 이들 계통형은 악티노미케토타(Actinomycota)와 슈도모나도타(Pseudomonadota)에 속했습니다.[73]2016년 스위스 동부의 고산 영구 동토층인 '무오트다 바르바-피더'는 다양한 미생물 군집을 수용하는 것으로 밝혀졌습니다.저명한 박테리아 그룹은 Ascomycota, Basidiomycota, Zygomycota와 같은 진핵균류뿐만 아니라 Acidobacteriota, Actinomycota, AD3, Bacteroidota, Chloroflexota, Gemmatimonadota, OD1, Nitrosspirota, Planctomycota, Pseudomonadota, Verrucomicrobota를 포함했습니다.현재 살아있는 종에서 과학자들은 감소된 대사 과정과 혐기성 대사 과정을 포함한 영하의 상태에 대한 다양한 적응을 관찰했습니다.[74]

영구 동토층 공사

세계에서 유일하게 영구 동토층 지역에 건설된 대도시는 크라스노야르스크 지방의 노릴스크와 사하 공화국의 야쿠츠크 두 곳뿐입니다.[75]건물(또는 파이프라인)의 열이 토양으로 확산되어 해동될 수 있기 때문에 영구 동토층에 건물을 짓는 것은 어렵습니다.얼음 내용물이 물로 변하면서 건물이 불안정해질 때까지 구조적 지지력을 제공할 수 있는 지반의 능력이 약화됩니다.예를 들어, 시베리아 횡단철도가 건설되는 동안 1901년에 지어진 증기기관 공장 단지는 이러한 이유로 운영 한 달 만에 무너지기 시작했습니다.[76]: 47 게다가 영구 동토층이 있는 지역에는 지하수가 없습니다.실질적인 정착이나 설치는 물을 얻기 위한 대체 준비를 해야 합니다.[75][76]: 25

일반적인 해결책은 노릴스크에서 소련의 기술자 미하일 김이 개척한 기술인 나무 말뚝에 기초를 두는 것입니다.[77]하지만, 토양이 얼어붙은 채로 남아있을지라도, 더미 위의 온난화로 인한 마찰의 변화는 여전히 크리프를 통해 이동을 일으킬 수 있습니다.[78]야쿠츠크에 있는 멜니코프 영구동토연구소는 건물이 가라앉을 위험을 피하기 위해서는 말뚝 기초가 15미터까지 늘어나야 한다는 것을 발견했습니다.이 깊이에서 온도는 계절에 따라 변하지 않고 약 -5°C(23°F)에 유지됩니다.[79]

두 가지 다른 접근 방식은 넓은 자갈 패드(대개 1~2m(3피트 3인치~6피트 7인치) 위에 건설하거나 무수 암모니아 히트 파이프를 사용하는 것입니다.[80]알래스카 횡단 파이프라인 시스템은 수직 지지대에 내장된 히트 파이프를 사용하여 파이프라인이 가라앉는 것을 방지하고 티벳의 칭짱 철도는 서리에 취약한 토양이 있는 지역 모두에서 지면을 시원하게 유지하기 위한 다양한 방법을 사용합니다.영구 동토는 "유틸리도어"라고 불리는 매립된 유틸리티를 위한 특수 인클로저가 필요할 수 있습니다.[81]

기후변화의 영향

참고 항목: 기후 변화의 영향
2013년 알래스카 포인트 론리 인근 북극해 보퍼트해에서 북극 영구 동토층과 해안 침식이 최근 녹았습니다.

전 세계적으로 2007년에서 2016년 사이에 영구 동토층이 0.3°C(0.54°F) 정도 따뜻해진 것으로 나타났으며, 연속적인 영구 동토층에서 불연속적인 동토층에 비해 더 강한 온난화가 관찰되었습니다.관측된 온난화는 알래스카 북부 지역(1980년대 초~2000년대 중반)에서 최대 3°C(5.4°F), 러시아 유럽 북부 지역(1970~2020년)에서 최대 2°C(3.6°F)였습니다.이 온난화는 불가피하게 영구 동토층이 녹게 합니다: 활성층 두께는 21세기에 걸쳐 유럽과 러시아 북극과 1990년대 이후 유럽과 아시아의 높은 고도 지역에서 증가했습니다.[83]: 1237 2000년에서 2018년 사이에 평균 활성층 두께는 ~127cm(4.17ft)에서 ~145cm(4.76ft)로 증가했으며, 연평균 0.65cm(0.26in)의 속도로 증가했습니다.[24]유콘에서는 1899년 이후로 계속해서 영구 동토층이 100킬로미터(62마일) 극지로 이동했을지도 모르지만, 정확한 기록은 30년 전으로 거슬러 올라갑니다.해저 영구 동토층의 범위도 감소하고 있습니다. 2019년 현재 북극 빙붕 아래 영구 동토층의 ~97%가 점점 따뜻해지고 얇아지고 있습니다.[84][10]: 1281 모델 투영 간의 높은 합의, 근본적인 과정 이해 및 고도 기후 증거를 바탕으로 지구 기후가 따뜻해지면서 영구 동토의 범위와 부피가 계속해서 줄어들 것이 거의 확실하며, 손실의 정도는 온난화의 크기에 따라 결정됩니다.[83]: 1283

영구 동토 해빙은 광범위한 문제와 관련되어 있으며, 이를 해결하기 위해 국제 영구 동토 협회(IPA)가 존재합니다.그것은 국제 영구 동토 회의를 소집하고, 데이터베이스, 지도, 서지, 용어집 준비와 같은 특별한 프로젝트를 수행하고, 국제 현장 프로그램과 네트워크를 조정하는 Global Terrestrial Network for Permanfrost를 유지합니다.[85]

기후변화 피드백

주요 기사:영구 동토 탄소 주기
지구 온난화의 다양한 범위에서 영구 동토층(영구 동토층 지역의 더 작고 탄소가 풍부한 부분 집합)[86]과 그 정도의 온난화를 일으키는 데 필요한 인위적 배출의 일부로서 발생하는 배출.

최근의 온난화로 영구 동토층의 해빙이 심화되면서 이전에 저장된 탄소가 이산화탄소와 메탄으로 대기에 유입되는 것을 촉진하는 생물 발생 과정에 노출됩니다.[11]영구 동토 해빙으로 인한 탄소 배출이 해빙을 촉진하는 동일한 온난화에 기여하므로 긍정적인 기후 변화 피드백의 잘 알려진 예이며,[87] 광범위한 영구 동토 해빙은 효과적으로 되돌릴 수 없기 때문에 기후 시스템에서 분기점 중 하나로 간주되기도 합니다.[88]

북극의 영구 동토층에는 수천 년 동안 축적된 순수 탄소 1400-16500억 톤에 해당하는 유기물이 들어 있습니다.이 양은 모든 토양에 있는 모든 유기 물질의 거의 절반에 해당하며,[89][11] 대기 중 탄소 함량의 약 2배, 즉 산업 혁명이 시작되고 2011년 사이의 탄소 배출의 약 4배에 해당합니다.[90]게다가, 이 탄소의 대부분(약 1,035억 톤)은 표면 아래 3미터(9.8피트) 이하의 근표면 영구 동토층이라고 정의된 곳에 저장됩니다.[89][11]그러나 이 저장된 탄소의 극히 일부만이 대기에 유입될 것으로 예상됩니다.[91]일반적으로 지상 3m 이상의 영구 동토층의 부피는 지구 온난화의 1°C(1.8°F) 당 약 25% 감소할 것으로 예상되지만,[83]: 1283 21세기 말까지 4°C(7.2°F) 이상의 지구 온난화와 관련된 RCP8.5 시나리오 하에서도 [92]영구 동토층 탄소의 약 5%에서 15%가 "수십 년에 걸쳐" 손실될 것으로 예상됩니다.[11]

주어진 영구 동토층 지역에서 온난화로 인해 방출되는 탄소의 정확한 양은 해빙 깊이, 해빙된 토양 내 탄소 함량, 환경에 대한 물리적 변화, 토양 내 미생물 및 식생 활동에 따라 달라집니다.[93]특히, 탄소 방출 추정치만으로는 영구 동토층 해빙이 기후 변화에 미치는 영향을 완전히 나타내지 못합니다.탄소는 호기성 호흡과 혐기성 호흡을 통해 배출될 수 있기 때문에 각각 이산화탄소(CO2)와 메탄(CH4) 배출이 발생합니다.메탄은 대기 중에서 12년 미만 지속되지만, 지구 온난화 잠재력은 20년 동안 이산화탄소보다2 약 80배 크고 100년 동안에는 약 28배 큽니다.[94][95]영구 동토층 탄소의 극히 일부만이 메탄으로 대기에 유입되지만, 이러한 배출은 21세기 동안 영구 동토층 해빙으로 인한 전체 온난화의 40-70%를 야기할 것입니다.영구 동토층 메탄 배출의 궁극적인 범위에 대한 불확실성의 대부분은 최근 발견된 급격한 해빙 과정을 설명하기 어렵기 때문에 발생합니다. 이 과정은 보통의 점진적 해빙 과정에 비해 이산화탄소를 통해 배출되는 메탄의 비율을 증가시키는 경우가 많습니다.[96][11]

2008년 캐나다 허드슨 만의 이탄지에 있는 영구 동토층 해빙 연못.[97]

영구 동토층 탄소 배출 예측을 복잡하게 만드는 또 다른 요인은 북극의 지속적인 "녹색화"입니다.기후 변화가 공기와 토양을 따뜻하게 만들면서, 그 지역은 더 큰 관목들과 이전에는 그곳에서 살 수 없었던 나무들을 포함하여 식물들에게 더 호의적이게 됩니다.따라서, 북극은 점점 더 많은 툰드라 생물체를 잃어가고 있지만, 더 많은 식물을 얻고 더 많은 탄소를 흡수하기 위해 나아가고 있습니다.영구 동토 해빙으로 인한 배출 중 일부는 이 증가된 식물 성장으로 상쇄될 것이지만 정확한 비율은 불확실합니다.이러한 녹화가 21세기 동안의 영구 동토 해빙으로 인한 모든 배출을 상쇄할 수 있는 가능성은 매우 희박하며, 21세기 이후에도 이러한 배출에 계속 보조를 맞출 가능성은 더욱 낮은 것으로 여겨집니다.[11]게다가, 기후 변화는 북극의 산불의 위험을 증가시키고, 이는 영구 동토층 탄소 배출을 상당히 가속화시킬 수 있습니다.[87][98]

지구온도에 미치는 영향

21세기 동안 영구 동토 해빙으로 인한 온실가스 배출 가능성이 있는 9가지 시나리오는 제한적이고, 중간 정도이며, 강도가2 높은 CO를 보여줍니다.저배출, 중배출, 고배출 대표 농도 경로에 대한 CH4 배출 반응.세로 막대는 선택된 큰 국가들의 배출량을 비교로 사용합니다. 규모의 오른쪽은 산업 혁명이 시작된 이후의 누적 배출량을 나타내고, 왼쪽은 2019년 수준과 변함이 없는 경우 21세기의 나머지 국가들의 누적 배출량을 나타냅니다.[11]

전체적으로, 영구 동토층 해빙으로 인한 누적 온실가스 배출량은 누적 인위적인 배출량보다 적지만, 여전히 세계적인 규모에서 상당할 것으로 예상되며, 일부 전문가들은 이를 삼림 벌채로 인한 배출량과 비교합니다.[11]IPCC 6차 평가 보고서는 영구 동토층에서 방출되는 이산화탄소와 메탄이 온난화 1°C(1.8°F) 당 14~1750억 톤의 이산화탄소에 해당할 수 있다고 추정합니다.[83]: 1237 비교를 위해, 2019년까지 이산화탄소의 연간 인위적 배출량만 약 400억 톤에 달했습니다.[83]: 1237 2022년에 발표된 주요 리뷰는 만약 2°C (3.6°F)의 온난화를 막겠다는 목표가 실현된다면, 21세기 전체의 연평균 영구 동토층 배출량은 2019년 러시아의 연간 배출량과 맞먹는다고 결론 내렸습니다.RCP4.5에서, 현재 궤도에 근접하고 온난화가 3°C(5.4°F) 미만으로 유지되는 시나리오에서, 연간 영구 동토층 배출량은 서유럽 또는 미국의 2019년 배출량과 유사한 반면, 높은 지구 온난화와 최악의 영구 동토층 피드백 반응 시나리오에서는,그들은 중국의 2019년 배출량에 근접할 것입니다.[11]

그 영향을 온난화 측면에서 직접적으로 설명하려는 연구는 거의 없었습니다.2018년 논문은 지구 온난화가 2°C(3.6°F)로 제한될 경우 점진적 영구 동토 해빙이 2100년까지 지구 온도에 약 0.09°C(0.16°F)가 추가될 것이라고 추정했습니다.[99] 2022년 검토에서는 지구 온난화의 1°C(1.8°F)마다 2100년과 2300년까지 급격한 해빙으로 인해 0.04°C(0.072°F)와 0.11°C(0.20°F)가 발생할 것이라고 결론 내렸습니다.약 4°C(7.2°F)의 지구 온난화, 갑작스러운(약 50년) 영구 동토층의 광범위한 붕괴가 발생하여 0.2~0.4°C(0.36~0.72°F)의 추가적인 온난화가 발생할 수 있습니다.[88][100]

해빙에 의한 지반불안정성

알래스카 북극해 연안의 심각한 해안 침식.

물이 빠지거나 증발함에 따라 토양 구조가 약화되고 수분 함량이 감소하면서 강도를 회복할 때까지 점성이 발생하기도 합니다.영구 동토층 악화의 한 가지 눈에 보이는 징후는 영구 동토층 지역에서 나무의 수직 방향으로부터의 무작위적인 변위입니다.[101]지구 온난화는 영구 동토층 경사 장애와 퇴적물 공급을 증가시켜 왔으며, 이로 인해 하천 퇴적물의 예외적인 증가를 초래하고 있습니다.[102]반면, 이전에 단단한 토양의 교란은 북부 습지의 저수지 배수를 증가시킵니다.이것은 그들을 건조하게 하고 습지 생태계에 사용되는 동식물의 생존을 위협할 수 있습니다.[103]

높은 산에서는 구조적 안정성의 상당 부분이 빙하와 영구 동토에 기인할 수 있습니다.[104]기후가 따뜻해지면서 영구 동토층이 녹으면서 기공-수압의 축적을 통해 경사면 안정성이 떨어지고 응력이 증가하여 결국 경사면 파괴와 낙석으로 이어질 수 있습니다.[105][106]지난 한 세기 동안 전 세계 산맥에서 점점 더 많은 고산 암반 경사면 붕괴 사건이 기록되었으며, 일부는 기후 변화에 의해 유발된 영구 동토 해빙으로 인한 것으로 추정됩니다.이탈리아 알프스에서 22명의 목숨을 앗아간 1987년 발 폴라 산사태가 그러한 예 중 하나로 여겨집니다.[107]2002년에, 높은 산 영구 동토층의 경사 불안정은 거대한 바위와 얼음의 낙하 (최대 1,180만 미터3), 지진 (최대 3.9 리히터), 홍수 (최대 780만 미터3 물), 그리고 장거리로의 급격한 바위와 얼음의 흐름 (최대 60미터/s에서 7.5킬로미터)에 기인했습니다.[108]

캐나다 허셜 섬의 해빙 영구 동토층, 2013.

영구 동토층 해빙은 또한 "흙, 바위, 나무, 얼음으로 구성된 느리게 움직이는 산사태"로 정의되는 얼은 잔해 덩어리(FDL)의 형성을 초래할 수 있습니다.[109]이것은 알래스카의 남쪽 브룩스 산맥에서 주목할 만한 문제인데, 2012년까지 일부 FDL이 너비 100m (110야드), 높이 20m (22야드), 길이 1,000m (1,100야드) 이상으로 측정되었습니다.[110][111]2021년 12월 기준으로 남부 브룩스 산맥에서 확인된 43개의 냉동 잔해 덩어리는 알래스카 파이프라인 시스템(TAPS) 회랑과 알래스카 내부와 알래스카 노스 슬로프 사이의 주요 수송 연결로인 돌턴 고속도로 모두를 잠재적으로 위협할 수 있습니다.[112]

사회 기반 시설

2050년까지 발생할 것으로 예상되는 영구 동토 해빙으로 인한 인프라에 대한 위험 가능성 지도.[113]

2021년 기준으로 북극 영구 동토층 바로 위에 1162개의 정착지가 있으며, 이는 약 500만 명의 인구를 수용합니다.2050년까지 이들 정착지의 42% 이하 영구 동토층이 해빙되어 모든 주민(현재 330만 명)에게 영향을 미칠 것으로 예상됩니다.[114]결과적으로 영구 동토층 지역의 광범위한 기반시설이 해빙으로 인해 위협받고 있습니다.[12][115]: 236 2050년까지 영구 동토층 지역에 위치한 전 세계 인프라의 70% 가까이가 "중요한" 인프라의 30~50%를 포함하여 영구 동토층 해빙 위험이 높을 것으로 예상됩니다.관련 비용은 금세기 후반까지 수백억 달러에 이를 수 있습니다.[13]파리협정에 따라 온실가스 배출량을 줄이는 것은 세기 중반 이후의 위험을 안정시킬 것으로 예상되며, 그렇지 않으면 지속적으로 악화될 것입니다.[113]

고배출 기후변화 시나리오인 RCP8.5가 실현되면 알래스카에서만 세기말까지 인프라 피해액이 46억 달러(2015년 달러 기준)에 이를 것으로 예상됩니다.절반 이상이 건물 피해(28억 달러)에서 비롯되지만 도로(7억 달러), 철도(6억 2천만 달러), 공항(3억 6천만 달러), 파이프라인(1억 7천만 달러) 등도 피해를 보고 있습니다.[116]RCP4.5에 대해서도 유사한 추정이 이루어졌는데, RCP4.5는 덜 강도가 높은 시나리오로 2100년까지 약 2.5 °C(4.5 °F)로 이어지는데, 이는 현재 예측과 유사한 온난화 수준입니다.[117]이 경우 영구 동토 해빙으로 인한 총 피해액은 30억 달러로 감소하는 반면 도로와 철도의 피해액은 약 3분의 2(7억 달러와 6억 2천만 달러에서 1억 9천만 달러와 2억 2천만 달러로) 감소하고 파이프라인의 피해액은 1억 7천만 달러에서 1,600만 달러로 10배 이상 감소합니다.강수량 증가와 홍수로 인한 피해와 같은 알래스카의 기후 변화로 인한 다른 비용과는 달리, 기후 변화 적응은 영구 동토 해빙으로 인한 피해를 줄일 수 있는 실행 가능한 방법이 아닙니다. 왜냐하면 어느 시나리오에서나 발생하는 피해보다 더 많은 비용이 들기 때문입니다.[116]

캐나다에서 노스웨스트 준주의 인구는 33개 공동체에 45,000명에 불과하지만 영구 동토 해빙에는 75년간 13억 달러, 즉 연간 약 5,100만 달러가 소요될 것으로 예상됩니다.2006년에, 파일 기초에 지어진 Invivaluit 주택을 영구 동토층 해빙에 적응시키는 비용은 $208/m2, 그렇지 않은 경우 $1,000/m으로2 추정되었습니다.당시 이 지역의 한 주택 건물의 평균 면적은 약 100m였습니다2.해빙기로 인한 피해도 주택보험의 적용을 받을 가능성이 낮으며, 이러한 현실을 해결하기 위해 현재 영토 정부는 주택 소유자들이 적응할 수 있도록 장기 및 단기적으로 용서받을 수 있는 대출을 제공하는 수리 및 개선을 위한 기여 지원(CARE) 및 긴급사태를 위한 확보 지원(SAFE) 프로그램에 자금을 지원하고 있습니다.미래에는 대신에 의무적인 이전이 더 저렴한 선택으로 이루어질 가능성이 있습니다.하지만, 그것은 그 지역의 이누이트 족을 그들의 조상들의 고향으로부터 떼어낼 것입니다.현재 그들의 평균 개인 소득은 중위 NWT 거주자의 절반에 불과하며, 이는 적응 비용이 이미 그들에게 불균형하다는 것을 의미합니다.[118]

2022년까지 일부 러시아 북부 도시의 건물 중 최대 80%가 이미 피해를 입었습니다.[13]2050년까지 주거 인프라 피해액은 150억 달러에 이를 수 있으며, 전체 공공 인프라 피해액은 1,320억 달러에 이를 수 있습니다.[119]여기에는 석유 및 가스 추출 시설이 포함되며, 이 중 45%가 위험에 처한 것으로 추정됩니다.[113]

SSP2-4.[120]5 시나리오에 따라 영구 동토 해빙으로 위험에 처한 칭하이-티베트 고원 기반시설 상세도.

북극 밖의 칭하이-티베트 고원(때로는 "제3극"이라고도 함)에도 광대한 영구 동토층이 있습니다.지구 평균의 2배에 달하는 온난화 속도를 보이고 있고, 이미 40%가 영구 동토층으로 간주되고 있어 특히 불안정한 상태입니다.칭하이-티베트 고원은 북극 영구 동토층 인구의 두 배인 천만 명 이상의 인구를 가지고 있으며, 영구 동토층 지역에는 1백만 m가2 넘는 건물과 2,631 km의 송전선, 580 km의 철도가 위치해 있습니다.[120]도로도 9,389km에 달하며, 약 30%는 이미 영구 동토 해빙으로 인한 피해를 입고 있습니다.[13]현재와 가장 유사한 시나리오인 SSP2-4.5에서는 현재 인프라의 약 60%가 2090년까지 고위험 상태에 놓이게 되며, 단순히 유지보수에만 63억 1천만 달러가 소요될 것으로 예상되며, 적응을 통해 이러한 비용이 최대 20.9% 절감될 것으로 예상됩니다.지구 온난화를 2°C(3.6°F)로 유지하면 이러한 비용이 56억 5천만 달러로 감소하고, 파리 협정의 낙관적인 목표인 1.5°C(2.7°F)를 달성하면 13억 2천만 달러가 추가로 절약됩니다.특히, 2100년까지 1.5 °C (2.7 °F) 이하에서 20% 미만의 철도가 높은 위험에 처하게 될 것이지만, 2 °C (3.6 °F)에서는 60%로 증가하는 반면, SSP5-8.5 이하에서는 세기 중반까지 이러한 위험 수준을 충족시킵니다.[120]

유독성 오염물질의 배출

이전에 안정적이었던 영구 동토층의 해빙으로 인해 발생한 다양한 독성 위험으로부터의 누출을 그래픽으로 표현.[14]

20세기 대부분의 기간 동안 영구 동토층은 그곳에 묻힌 모든 것을 "무한히" 보존할 것이라고 믿었고, 이것은 영구 동토층 깊은 지역을 위험한 폐기물 처리를 위해 인기 있는 장소로 만들었습니다.캐나다의 프루도 만 유전과 같은 곳에서 영구 동토층 아래에 폐기물을 주입하는 "적절한" 방법을 기록하는 절차가 개발되었습니다.이는 2023년 현재 북극 영구 동토 지역에 유해 화학 물질을 능동적으로 처리하거나 저장하는 산업 시설이 4500개에 달한다는 것을 의미합니다.게다가 러시아에는 1만 3천 곳에서 2만 곳 정도가 심하게 오염되어 있는데, 이 중 70%가 영구 동토층에 갇혀 있습니다.2020년 수준에서 온난화가 증가하지 않더라도 산업 현장과 오염 현장의 약 5분의 1(1000곳, 2200~4800곳)이 미래에 해빙을 시작할 것으로 예상됩니다.파리협정 목표인 RCP2.6과 일치하는 기후변화 시나리오 하에서는 현재와 2050년 사이에 약 3%만 더 해빙을 시작할 것이지만, 2100년까지 약 1100개의 산업시설과 3500~5200개의 오염된 장소가 더 해빙을 시작할 것으로 예상됩니다.매우 높은 배출 시나리오 RCP8.5에서는 산업 및 오염 현장의 46%가 2050년까지 해빙을 시작할 것이며, 2100년에는 사실상 모든 현장이 해빙의 영향을 받게 될 것입니다.[14]유기염소와 다른 지속적인 유기 오염 물질들은 물고기에서 생물학적 확대를 통해 재방출된 후 지역사회에 반복적으로 도달할 가능성이 있기 때문에 특별한 관심사입니다.최악의 경우, 북극에서 태어난 미래 세대들은 세대를 걸쳐 축적되는 오염 물질로 인해 면역 체계가 약화된 채로 삶에 진입하게 될 것입니다.[16]

현재 알래스카의 다양한 영구 동토층 현장에 위치한 독성 물질의 부문별 분포.물고기 골격의 수는 각 물질의 독성을 나타냅니다.[14]

영구 동토와 관련된 오염 위험의 주목할 만한 예는 노릴스크-타이미르 에너지의 화력 발전소 3호기에서 디젤 연료 저장 탱크의 붕괴로 인한 2020년 노릴스크 기름 유출입니다.그것은 6,000톤의 연료를 육지로, 15,000톤을 물로 흘려보냈고, 암바르나야, 달리칸 그리고 타이미르 반도의 많은 작은 강들을 오염시켰으며, 심지어 이 지역의 중요한 수원지인 피아시노 호수에 도달했습니다.연방정부 차원의 비상사태가 선포되었습니다.[121][122]이 사건은 현대 러시아 역사상 두 번째로 큰 기름 유출 사건으로 묘사되고 있습니다.[123][124]

영구 동토 해빙과 관련된 또 다른 문제는 천연 수은 퇴적물의 방출입니다.약 80만톤의 수은이 영구 동토에 얼려있습니다.관찰 결과 해빙기 이후 식물이 차지하는 비중이 약 70%에 이릅니다.[16]그러나, 만약 온난화가 RCP8.5 아래에서 계속된다면, 대기 중으로 수은의 영구 동토층 배출은 2200년까지 모든 인간의 활동으로부터 현재 지구상의 배출과 일치할 것입니다.수은이 풍부한 토양 또한 강 근처에서 녹으면 인간과 환경에 훨씬 더 큰 위협이 됩니다.RCP8.5에 따라 2050년까지 유콘강 유역에 충분한 수은이 유입되어 어류가 EPA 지침에 따라 섭취하기에 안전하지 않습니다.2100년까지 강의 수은 농도는 두 배가 될 것입니다.이와는 대조적으로, 완화가 RCP4.5 시나리오로 제한되더라도 수은 수준은 2100년까지 약 14% 증가할 것이며, 2300년까지도 EPA 지침을 위반하지 않을 것입니다.[15]

고대 생물의 부활

미생물

주요 기사 : 냉동환경 속 병원성 미생물
장 미셸 클라베리 연구팀에 의해 되살아난 고대 아메바를 먹는 바이러스 중 일부.위에서 시계방향으로: 판도라바이러스 요도마; 판도라바이러스 매머드와 메가바이러스 매머드; 세드라트바이러스 레나; 피토바이러스 매머드; 메가바이러스 매머드; 팩만바이러스 루푸스.[17]

박테리아는 불리한 조건에서 살아남기 위해 휴면 상태를 유지할 수 있는 것으로 알려져 있고, 바이러스는 애초에 숙주 세포 밖에서 대사적으로 활동하지 않습니다.이것은 영구 동토 해빙이 인간이나 중요한 가축과 농작물을 감염시킬 수 있는 이전에 알려지지 않은 미생물을 자유롭게 하여 잠재적으로 전염병이나 전염병을 일으킬 수 있다는 우려를 불러일으켰습니다.[17][18]게다가, 일부 과학자들은 더 오래되고 이전에 냉동된 박테리아와 현대의 박테리아 사이에 수평적인 유전자 이동이 일어날 수 있고, 한 가지 결과는 새로운 항생제 내성 유전자를 현재 병원체의 게놈에 도입하는 것이 될 수 있으며, 이미 미래에 어려운 문제가 될 것으로 예상되는 것을 악화시킬 수 있다고 주장합니다.[125][16]

동시에, 인플루엔자와 천연두와 같은 주목할 만한 병원균들은 해동에서 살아남지 못하는 것으로 보이며,[20] 다른 과학자들은 고대 미생물들이 해동에서 살아남고 인간을 위협할 수 있는 위험성은 과학적으로 타당하지 않다고 주장합니다.[19]마찬가지로, 몇몇 연구는 고대 박테리아의 항균력이 현대 박테리아와 비슷하거나 심지어는 열등할 것이라고 암시합니다.[126][21]

식물

2012년, 러시아 연구원들은 영구 동토층이 시베리아 영구 동토층의 한 빙하기 다람쥐 굴에서 발견된 30,000년 된 조직의 실레네 속세균 표본을 되살림으로써 고대 생명체의 천연 저장소 역할을 할 수 있다는 것을 증명했습니다.이것은 지금까지 되살아난 가장 오래된 식물 조직입니다.그 결과 만들어진 식물은 비옥했고 하얀 꽃들과 생존 가능한 씨앗들을 생산했습니다.이 연구는 살아있는 조직이 얼음 보존 상태에서 수만 년 동안 살아남을 수 있다는 것을 보여주었습니다.[127]

과학연구사

영구 동토층 탄소를 주제로 발표되는 연간 과학 연구 논문 수는 1990년경 거의 전무했던 것이 2020년까지 약 400편으로 증가했습니다.[11]

19세기 중반에서 20세기 중반 사이에 기초 영구동토과학과 영구동토의 공학적 측면에 관한 문헌들은 대부분 러시아어로 쓰여졌습니다.영구 동토층의 존재를 설명하는 최초의 문서 보고서 중 하나는 야쿠츠크에서의 발굴 노력이 그것의 존재로 인해 어려움을 겪었던 1684년으로 거슬러 올라갑니다.[76]: 25 초기 영구 동토층 연구에서 중요한 역할은 알렉산더 폰 미덴도르프 (1815–1894)와 쾨니히스베르크 대학교의 발트 독일 과학자이자 상트페테르부르크 과학 아카데미의 회원인 카를 에른스트 폰 베어에 의해 수행되었습니다.베어는 1838년부터 영구 동토층에 관한 연구를 발표하기 시작했고, 종종 "과학 영구 동토층 연구의 창시자"로 여겨집니다.지면 얼음과 영구 동토층에 대한 모든 이용 가능한 데이터의 수집과 분석을 통해 베어는 현대 영구 동토층 용어의 기초를 마련했습니다.[128]

베어는 또한 1843년에 세계 최초의 영구 동토 교과서인 "다년생 땅얼음 연구를 위한 자료"를 그의 모국어로 쓴 것으로 알려져 있습니다.그러나, 그것은 그 당시 인쇄되지 않았고, 러시아어 번역본은 1942년까지 준비되지 않았습니다.독일어 원본은 1843년 기센 대학교의 도서관 자료실에서 활자본이 발견되기 전까지 분실된 것으로 여겨졌습니다.이 234페이지 분량의 글은 온라인에서 볼 수 있게 되었고, 추가적인 지도와 서문, 댓글도 달았습니다.[128]특히 1843년에 그려진 베어의 유라시아 영구동토 남방한계선은 현대의 연구로 검증된 실제 남방한계선과 잘 일치합니다.[27][128]

1942년을 시작으로, Siemon William Muller는 1943년까지 영구 동토에 대한 공학 현장 안내서와 기술 보고서를 정부에 제공할 수 있도록 의회 도서관과 미국 지질 조사 도서관이 보유한 관련 러시아 문헌을 조사했습니다.[129]그 보고서는 영구적으로 얼어붙은 땅의 수축이라는 영어 용어를 만들어 냈는데, 이는 러시아어인 베크나이아 메르즐로타(vechnia merzlota, 러시아어: вечная мерзлота)의 직역으로 여겨졌습니다.1953년, 이 번역은 다른 USGS 연구원 Inna Poiré에 의해 비판되었는데, 그녀는 이 용어가 안정성에 대한 비현실적인 기대를 만들었다고 믿었기 때문입니다:[76]: 3 더 최근에는 일부 연구원들이 "영구적으로 다시 얼리는" 것이 더 적합한 번역이라고 주장했습니다.[131]그 보고서 자체는 (미군으로) 분류되었습니다.1947년 개정판이 나올 때까지, 이 주제에 관한 최초의 북미 논문으로 간주되는 전략공학연구소장실(Office of Engineers, Strategic Engineering Study, no.[129][133] 62, 1943).[130][132]

1963년 11월 11일부터 15일까지 인디애나주 웨스트 라파예트의 퍼듀 대학교 부지에서 영구 동토층에 관한 제1차 국제 회의가 열렸습니다.이 행사에는 다양한 국가(아르헨티나, 오스트리아, 캐나다, 독일, 영국, 일본, 노르웨이, 폴란드, 스웨덴, 스위스, 미국 및 소련)에서 온 285명의 참가자("기술자, 제조업체 및 건설업자" 포함)가 참여했습니다.이것은 그 주제에 대한 현대 과학 협력의 시작을 알렸습니다.회의는 5년마다 계속해서 열립니다.1983년 제4차 회의에서, "빅 4" 참가국들(미국, 소련, 중국, 캐나다) 간의 특별 회의가 공식적으로 국제 영구 동토 협회를 만들었습니다.[134]

최근 수십 년간 영구 동토층 연구는 기후 변화에서 수행하는 역할 때문에 그 어느 때보다 많은 관심을 끌었습니다.그 결과, 출판된 과학 문헌에 엄청난 가속도가 붙었습니다.1990년경에는 "영구동토층"과 "탄소"라는 단어를 포함하는 논문이 거의 발표되지 않았습니다. 2020년까지 매년 약 400편의 논문이 발표되었습니다.[11]

칼 에른스트 폰 베어(Karl Ernst von Baer, 1843)와 다른 저자들에 따르면 유라시아의 영구 동토층의 남쪽 한계.

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