Seismisk overvågning af permafrost afslører tendenser, der sandsynligvis er relateret til opvarmning

Seismiske bølger passerer gennem jorden nær Longyearbyen i Adventdalen, Svalbard, Norge har bremset støt de seneste tre år, højst sandsynligt på grund af permafrostens opvarmning i den arktiske dal. Tendensen, rapporteret i en ny undersøgelse offentliggjort i Seismologiske forskningsbreve , demonstrerer, hvordan seismisk overvågning kan bruges til at spore permafroststabilitet under globale klimaændringer. Undersøgelsen er en del af et fokusafsnit i et kommende nummer af tidsskriftet om arktisk og antarktisk seismologi.

Julie Albaric fra University of Bourgogne Franche-Comté, mens han var ansat hos NORSAR (Norge), og kolleger brugte data indsamlet fra en række forskellige seismiske netværk og aktive seismiske eksperimenter til at lære mere om det seismiske miljø i Adventdalen på Svalbard, og for at forstå mere om dynamikken i permafrosten i regionen.

Forskerne var i stand til at detektere sæsonbestemte variationer i seismisk bølgehastighed, som de tilskriver ændringer i isindholdet i lavvandet (2 til 4 meter dyb) permafrost. Seismiske bølger bevæger sig hurtigere gennem faste materialer som sten og is, og langsommere gennem mere flydende eller blødere materiale.

Lav permafrost er følsom over for sæsonbestemte temperaturændringer, som ville forklare de sæsonbestemte variationer i seismisk hastighed afdækket af Albaric, Daniela Kühn hos NORSAR og deres kolleger. Men forskerne fandt også en lineær faldende tendens i hastigheden mellem 2009 og 2011 efter at have analyseret data indsamlet af et permanent seismisk netværk i området, hvilket indikerer et stadig mere smeltet permafrostlag.

"Så vidt vi ved, er det den første undersøgelse, der viser denne langsigtede hastighedstendens, " sagde Albaric. "Vores undersøgelse viser, at det er værd at opretholde permanente observatorier, sådanne langsigtede dataindsamlinger er værdifulde, og at muligheder for databrug kan dukke op, som ikke var fokus for den oprindelige installation."

Forskere leder efter måder at overvåge permafrost, fordi dens stabilitet kan have en betydelig indvirkning på det globale klima, med udbredt afsmeltning, der potentielt kan føre til en stigning i drivhusgasemissionerne.

Seismisk overvågning kan være et effektivt værktøj til at opdage ændringer i permafrost, især da data registreres kontinuerligt i modsætning til nogle andre geofysiske metoder, sagde Albaric. "Ud over, seismiske metoder er meget følsomme og afhængigt af netværkets geometri, de giver os mulighed for at målrette forskellige dybder og dække store områder, giver os mulighed for at udvide de meget lokaliserede observationer fra borehulstemperaturmålinger."

Den omgivende seismiske aktivitetsstøj på Svalbard består af kropsbølger (som bevæger sig gennem Jordens indre), sammen med intermitterende overfladebølger, der opstår, når gennemsnitstemperaturen stiger over frysepunktet. Disse overfladebølger har en kryogen oprindelse, foreslår forskerholdet.

Det udfordrende arktiske miljø gør det vanskeligt at implementere, vedligeholde og hente data fra netværkene, Kühn bemærkede. "Om sommeren, for eksempel, dalen fyldes med en bred, flettet flod, der begrænser, hvor permanente seismometre kan installeres. Om vinteren, kolde temperaturer, sne og is er hårde for udstyr og formindsker det tidspunkt, hvor strøm kan leveres af solpaneler."

"Meteorologiske forhold gør naturligvis feltarbejde udfordrende, " tilføjede Albaric, "især når du installerer stationerne og bruger et tastatur uden handsker ved temperaturer under -30°C."