Refine
Year of publication
- 2018 (2) (remove)
Document Type
- Article (1)
- Doctoral Thesis (1)
Is part of the Bibliography
- yes (2)
Keywords
- thermokarst (2) (remove)
Institute
Thermokarst lakes are prevalent in Arctic coastal lowland regions and sublake permafrost degradation and talik development contributes to greenhouse gas emissions by tapping the large permafrost carbon pool. Whereas lateral thermokarst lake expansion is readily apparent through remote sensing and shoreline measurements, sublake thawed sediment conditions and talik growth are difficult to measure. Here we combine transient electromagnetic surveys with thermal modeling, backed up by measured permafrost properties and radiocarbon ages, to reveal closed-talik geometry associated with a thermokarst lake in continuous permafrost. To improve access to talik geometry data, we conducted surveys along three transient electromagnetic transects perpendicular to lakeshores with different decadal-scale expansion rates of 0.16, 0.38, and 0.58m/year. We modeled thermal development of the talik using boundary conditions based on field data from the lake, surrounding permafrost and a borehole, independent of the transient electromagnetics. A talik depth of 91m was determined from analysis of the transient electromagnetic surveys. Using a lake initiation age of 1400years before present and available subsurface properties the results from thermal modeling of the lake center arrived at a best estimate talk depth of 80m, which is on the same order of magnitude as the results from the transient electromagnetic survey. Our approach has provided a noninvasive estimate of talik geometry suitable for comparable settings throughout circum-Arctic coastal lowland regions.
Veränderungen im thermalen Regime des Permafrosts verursachen Störungen der Erdoberfläche. Diese Veränderungen werden durch die in der Arktis seit Jahrzehnten ansteigenden Temperaturen verstärkt. Thermokarst ist ein Prozess, welcher die Erdoberfläche durch Schmelzen von Grundeis, oder Auftauen von Permafrost absacken lässt, wodurch charakteristische Landformen entstehen. Thermokarst ist vor allem entlang von Hängen weit verbreitet und die Anzahl der damit verbundenen Landformen in der Arktis steigt stetig an. Dieser Prozess mobilisiert große Mengen an Material, welche in Richtung Meer transportiert oder entlang von Hängen akkumuliert werden. Während entlang von Hängen auftretender Thermokarst terrestrische sowie aquatische Ökosysteme stark verändert, ist dessen Einfluss auf regionaler Skala zurzeit noch Gegenstand der Forschung.
In dieser Arbeit quantifizieren wir die Auswirkungen von Thermokarstprozessen entlang von Hängen auf die umliegenden Ökosysteme der küstennahen Täler und Nahküstenbereiche entlang der Yukon Küste in Kanada. Mittels überwachtem maschinellen Lernen haben wir geomorphische Faktoren identifiziert, welche die Entwicklung von retrogressiven Auftaurutschungen (RTS) begünstigen. RTS sind eine Erscheinungsform von Thermokarst entlang von Hängen. Die Küstengeomorphologie, sowie der Grundeistyp und -inhalt sind die wesentlichen bestimmenden Faktoren für das Auftreten von RTS. Wir haben Luftbildaufnahmen und Satellitenbilder genutzt, um die Evolution von RTS im Zeitraum von 1952 bis 2011 zu verfolgen. Während dieser Zeit ist die Anzahl und Ausdehnung von RTS linear angestiegen. Wir zeigen, dass 56% der RTS welche entlang der Küste in 2011 identifiziert wurden, 16.6 × 106 m3 an Material erodiert haben. Hiervon wurden 45% durch Küstenprozesse entlang der Küste transportiert. RTS tragen wesentlich zu dem Kohlenstoff-Budget des Nahküstenbereiches bei: 17% der in 2011 identifizierten RTS, haben 0.6% des organischen Kohlenstoffes transportiert, welcher durch Küstenerosion entlang der Yukon Küste jährlich freigesetzt wird. Um den Einfluss von Thermokarst entlang von Hängen auf das terrestrische Ökosystem zu beurteilen, haben wir die räumliche Verteilung von organischem Bodenkohlenstoff und Stickstoff (SOC, TN) entlang von Hangprofilen in drei arktischen Tälern analysiert.Wir weisen auf eine hohe räumliche Variabilität in der Verteilung von SOC und TN hin, welche auf komplexe Bodenprozesse zurückzuführen ist, welche entlang von Hängen auftreten. Thermokarst entlang von Hängen hat einen großen Einfluss auf die Degradierung von organischem Material und die Speicherung von SOC und TN.