DOI: https://doi.org/10.5194/tc-18-4787-2024
تاريخ النشر: 2024-10-23
المؤلف: Nina Nesterova وآخرون
الموضوع الرئيسي: تغير المناخ والتربة المتجمدة
نظرة عامة
تعتبر الانزلاقات الذائبة التراجعية (RTSs) أشكالًا أرضية مهمة ناتجة عن ذوبان الجليد الغني بالثلج الدائم وذوبان الجليد الأرضي الضخم، والتي تُلاحظ بشكل رئيسي في المناطق القطبية وشبه القطبية والمناطق الجبلية العالية. تزداد شيوعها بسبب ارتفاع درجات حرارة المناخ، مما زاد من الاهتمام العلمي بدورها في ديناميات الثلج الدائم، وتحريك الرواسب والمواد الغذائية، وتأثيراتها على الهيدرولوجيا وجودة المياه. تهدف هذه المراجعة إلى توضيح المصطلحات والخصائص المتنوعة المرتبطة بـ RTSs، مع معالجة وجهات النظر العلمية المتنوعة التي تساهم في الأدبيات حول عمليات وديناميات RTS. هذه النظرة العامة موجهة لجمهور واسع، بما في ذلك الباحثين في الثلج الدائم، وعلماء البيئة، وعلماء الهيدرولوجيا، والمتخصصين في الاستشعار عن بعد، مما يسهل فهمًا شاملاً لظواهر RTS.
تسلط الاستنتاجات المستخلصة من مراجعة الأدبيات الضوء على تعقيد RTSs وعدم الاتساق في المصطلحات عبر تقاليد علمية مختلفة. يتم وصف تشكيل RTSs باستخدام مصطلحين رئيسيين – الكارست الحراري والتعرية الحرارية – مما يعكس أطر نظرية متباينة من الأدبيات الأمريكية الشمالية والروسية. تعتبر RTSs مصطلحًا شاملاً يشمل مراحل وأنواع مختلفة من الأشكال الأرضية، تتميز باختلافات في الشكل، والمحفزات، والتنظيم المكاني. تتكون RTSs النشطة من أربعة مكونات شكلية رئيسية (جدار الرأس، أرضية الانزلاق، تدفق الطين، والحافة)، مع ميزات إضافية قد تختلف. إن فهم تشكيل وديناميات RTSs أمر حاسم لتقييم دورها في تحريك الرواسب والمواد الغذائية، والعمليات البيوجيوكيميائية، والمخاطر المحتملة على البنية التحتية، مما يبرز الحاجة إلى وضوح في المصطلحات لتوجيه الأبحاث المستقبلية.
مقدمة
تناقش مقدمة الورقة التأثير الكبير لتغير المناخ على ذوبان الثلج الدائم في القطب الشمالي، مع تسليط الضوء بشكل خاص على تشكيل الانزلاقات الذائبة التراجعية (RTSs) كنتيجة لهذا الذوبان. تتميز RTSs بانخفاض التضاريس والتآكل، مما يؤدي إلى أشكال أرضية ملحوظة تؤثر على التضاريس، والهيدرولوجيا، والنباتات، بينما تساهم أيضًا في تدفقات الرواسب، والكربون، والمواد الغذائية التي تؤثر على جودة المياه في مجاري الأنهار والأنظمة البيئية المائية. يتم توضيح السياق التاريخي لأبحاث RTS، مع الإشارة إلى الملاحظات الأولية التي تعود إلى عام 1881 والدراسات المكثفة اللاحقة في كندا وسيبيريا خلال النصف الثاني من القرن العشرين.
على الرغم من تزايد الأدبيات حول RTSs، تؤكد المقدمة على المشكلة المستمرة المتمثلة في عدم اتساق المصطلحات عبر مجتمعات البحث المختلفة، مما يعيق التواصل الفعال ومقارنة النتائج. لقد وسعت التقدمات الحديثة في منهجيات الاستشعار عن بعد والذكاء الاصطناعي نطاق أبحاث RTS، ومع ذلك تبقى الفجوات في المصطلحات تحديًا. تهدف الورقة إلى معالجة هذه القضايا من خلال توضيح مصطلحات RTS وتقديم مراجعة شاملة للخصائص الملاحظة لـ RTS عبر نصف الكرة الشمالي، مما يسهل فهمًا أفضل وتعاونًا بين الباحثين في هذا المجال.
مناقشة
تسلط المناقشة حول الانزلاقات الذائبة التراجعية (RTSs) الضوء على خصائصها المورفومترية المتنوعة، ودينامياتها، والعوامل التي تؤثر على تشكيلها وتطورها. يمكن أن تختلف RTSs بشكل كبير في الحجم، حيث يتم تصنيف بعضها كميغاسلومات تتجاوز 20 هكتار، مثل انزلاق باتاغاي في ياكوتيا، روسيا. يمكن أن تصل ارتفاعات جدران الرأس في RTSs إلى 55 مترًا، ويمكن أن تتجاوز أطوالها 1 كيلومتر. يُبلغ عن زيادة نسبة الطول إلى العرض لـ RTSs مع مرور الوقت بسبب معدلات التراجع المختلفة لجدران الرأس مقارنة بجدران الجوانب، ويمكن أن تسهم الاندماجات مع RTSs المجاورة أيضًا في توسيعها. تتفاوت معدلات تراجع جدران الرأس بشكل كبير، مع الإبلاغ عن حالات قصوى تصل إلى حوالي 66 مترًا في السنة في شبه جزيرة يوجورسكي، روسيا.
تتأثر تشكيل وديناميات RTSs بموقعها وتضاريسها، حيث توجد RTSs الداخلية غالبًا على منحدرات بعيدة عن المسطحات المائية، بينما تكون تلك الموجودة في التضاريس المسطحة عادةً مجاورة للبحيرات. تعتبر وجود الجليد الأرضي الزائد أمرًا حاسمًا لبدء RTS، حيث يمكن أن يؤدي ذوبان الثلج الدائم الغني بالجليد إلى تشكيل الانزلاقات. يمكن أن تؤدي مجموعة متنوعة من المحفزات البشرية والطبيعية، بما في ذلك أنشطة التعدين والتغيرات المناخية، إلى كشف الجليد الأرضي، مما يؤدي إلى تطوير RTS. تشير المناقشة أيضًا إلى أن RTSs يمكن أن تظهر سلوكًا متعدد الدورات، بالتناوب بين مراحل نشطة ومستقرة، مع إمكانية تشكيل RTSs جديدة داخل حدود تلك المستقرة. يمكن أن تؤثر العمليات المتزامنة، مثل التآكل الساحلي والتآكل الحراري، على نمو RTS وشكلها، مما يعقد رسم خرائطها وتصنيفها.
القيود
تسلط قسم القيود الضوء على التحديات المرتبطة بالمصطلحات المستخدمة لوصف تشكيل الانزلاقات الذائبة التراجعية (RTS) في كل من الأدبيات الأمريكية الشمالية والروسية. يشمل مصطلح “الكارست الحراري” مجموعة واسعة من العمليات، مما يؤدي إلى غموض بشأن الآليات الفيزيائية المعنية، مثل ما إذا كانت السطح ينخفض عموديًا (كما في بحيرات الكارست الحراري) أو يعاني من حركة جماعية جانبية (كما في RTS). من الضروري تحديد أن تشكيل RTS يشير إلى الكارست الحراري العكسي، حيث يمكن أن يؤدي الخلط بين المصطلحات إلى إرباك فهم هذه العمليات.
علاوة على ذلك، فإن التمييز بين RTSs في المرحلة المبكرة، المشار إليها باسم تدفقات الأرض المتجمدة في الأدبيات الروسية، وRTSs في المرحلة الناضجة، المسماة الكارست الحراري، معقد بسبب التداخل في خصائصها. إن الصعوبة في تمييز هذه الفئات باستخدام بيانات الاستشعار عن بعد تتفاقم بسبب الطبيعة الذاتية للتعريفات الشكلية، حيث لا توجد قيم انحناء موحدة تفصل بوضوح بين المدرجات الحرارية والكارست الحراري. إن عدم وجود معايير واضحة يتطلب معرفة وملاحظة ميدانية واسعة، مما يجعل التصنيف الدقيق تحديًا.
DOI: https://doi.org/10.5194/tc-18-4787-2024
Publication Date: 2024-10-23
Author(s): Nina Nesterova et al.
Primary Topic: Climate change and permafrost
Overview
Retrogressive thaw slumps (RTSs) are significant landforms resulting from the thawing of ice-rich permafrost and the melting of massive ground ice, predominantly observed in Arctic, subarctic, and high mountain permafrost regions. Their prevalence is increasing due to climate warming, which has heightened scientific interest in their role in permafrost dynamics, sediment and nutrient mobilization, and impacts on hydrology and water quality. This review aims to clarify the diverse terminologies and characteristics associated with RTSs, addressing the varied scientific perspectives that contribute to the literature on RTS processes and dynamics. The overview is intended for a broad audience, including permafrost researchers, ecologists, hydrologists, and remote-sensing specialists, facilitating a comprehensive understanding of RTS phenomena.
The conclusions drawn from the literature review highlight the complexity of RTSs and the inconsistencies in terminology across different scientific traditions. The formation of RTSs is described using two primary terms—thermokarst and thermodenudation—reflecting divergent theoretical frameworks from North American and Russian literature. RTSs serve as an umbrella term encompassing various landform stages and types, characterized by differences in morphology, triggers, and spatial organization. Active RTSs consist of four main morphological components (headwall, slump floor, mudflow, and edge), with additional features that may vary. Understanding the formation and dynamics of RTSs is crucial for assessing their role in sediment and nutrient mobilization, biogeochemical processes, and potential hazards to infrastructure, underscoring the need for clarity in terminology to guide future research.
Introduction
The introduction of the paper discusses the significant impact of climate change on permafrost thawing in the Arctic, particularly highlighting the formation of retrogressive thaw slumps (RTSs) as a consequence of this thawing. RTSs are characterized by terrain subsidence and erosion, leading to notable landforms that affect topography, hydrology, and vegetation, while also contributing to sediment, carbon, and nutrient fluxes that influence downstream water quality and aquatic ecosystems. The historical context of RTS research is outlined, noting the initial observations dating back to 1881 and the subsequent intensive studies in Canada and Siberia during the latter half of the 20th century.
Despite the growing body of literature on RTSs, the introduction emphasizes the persistent issue of inconsistent terminology across different research communities, which hampers effective communication and comparison of findings. Recent advancements in remote-sensing methodologies and artificial intelligence have broadened the scope of RTS research, yet discrepancies in terminology remain a challenge. The paper aims to address these issues by clarifying RTS terminology and providing a comprehensive review of observed RTS characteristics across the Northern Hemisphere, thereby facilitating better understanding and collaboration among researchers in the field.
Discussion
The discussion on retrogressive thaw slumps (RTSs) highlights their diverse morphometric characteristics, dynamics, and the factors influencing their formation and evolution. RTSs can vary significantly in size, with some classified as megaslumps exceeding 20 ha, such as the Batagay slump in Yakutia, Russia. The headwall heights of RTSs can reach up to 55 m, and their lengths can surpass 1 km. The length-to-width ratios of RTSs are reported to increase over time due to differential retreat rates of the headwalls compared to the sidewalls, and merging with neighboring RTSs can also contribute to their widening. Headwall retreat rates vary widely, with extreme cases reported at approximately 66 m yr⁻¹ in the Yugorsky Peninsula, Russia.
The formation and dynamics of RTSs are influenced by their position and topography, with inland RTSs often found on slopes away from water bodies, while those in flat terrains are typically adjacent to lakes. The presence of excess ground ice is crucial for RTS initiation, as thawing of ice-rich permafrost can trigger slump formation. Various anthropogenic and natural triggers, including mining activities and climatic changes, can expose ground ice, leading to RTS development. The discussion also notes that RTSs can exhibit polycyclic behavior, alternating between active and stabilized phases, with the potential for new RTSs to form within the outlines of stabilized ones. Concurrent processes, such as coastal erosion and thermo-erosion, can further influence RTS growth and morphology, complicating their mapping and characterization.
Limitations
The section on limitations highlights the challenges associated with the terminology used to describe the formation of retrogressive thaw slumps (RTS) in both North American and Russian literature. The term “thermokarst” encompasses a broad range of processes, leading to ambiguity regarding the physical mechanisms involved, such as whether the surface is lowering vertically (as in thermokarst lakes) or experiencing lateral mass movement (as in RTS). It is essential to specify that RTS formation refers to back-wearing thermokarst, as the conflation of terms can obscure the understanding of these processes.
Furthermore, the distinction between early-stage RTSs, referred to as cryogenic earthflows in Russian literature, and mature-stage RTSs, termed thermocirques, is complicated by the overlap in their characteristics. The difficulty in differentiating these categories using remote-sensing data is exacerbated by the subjective nature of morphological definitions, as no standardized curvature values exist to clearly separate thermoterraces from thermocirques. This lack of clear criteria necessitates extensive field knowledge and observation, making accurate classification challenging.