粉碎雪堆可以帮助保护永久冻土,并保持北方社区的联系

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Patrick Jardine,新的科学传播者

北部野外工作

布莱恩和杰米在完成当天的野外工作后带回来给珍和我看的狼尸体。

3月9日下午2时th2021年:我和同事珍(Jen)在育空中部的一个矿山通道路边完成了雪密度采样,这时我听到树枝在我旁边的森林深处断裂。室外气温宜人,为- 15°C,比前一个月的- 54°C有了显著改善,工作进展顺利。

但那声音让我很紧张。它们越来越近了,在上个月的旅行中,类似的声音之后,就在树线外传来了狼的叫声。正当我开始估计如果有一群狼从树林里冲过来,我需要多长时间才能跑回我的车时,我听到了雪地摩托的嗡嗡声。

过了一会儿,我的朋友布莱恩和杰米娜秋Nyäk敦第一民族跑出森林,拖着一只死狼。他们发现这具尸体躺在附近一条河里冰冻的驼鹿尸体旁边。今年冬天是我第一次去北方,他们知道我很想有机会近距离看到这样的野生动物。

在检查了它并戳了戳它的爪子后,我拍了一张照片寄回渥太华的家。

这个问题

但我大老远跑来不是为了被狼尸分散注意力的。我有工作要做。

作为Na-Cho Nyäk Dun的成员,中部育空地区的“大河人”,布莱恩和杰米的家乡梅奥村是受气候变暖威胁的许多偏远北部社区之一永冻层

永久冻土是指温度在0°C或0°C以下两年或两年以上的土地。随着温度的升高,它开始失去结构的完整性,如果地面上有冰,那么融化会导致它不可预测地下沉。

永久冻土下沉是北方道路的一个大问题.它会降低它们的稳定性,导致裂缝出现,如果不加以控制,甚至可能导致道路无法运营。

由于育空地区和加拿大西部北极地区的其他地区近年来正在经历地球上最剧烈和最迅速的变暖,计算这一风险变得更加困难气候变化往往不成比例地影响极地地区

美国国家航空航天局(NASA)提供的、罗伯特·西蒙(Robert simon)上传到维基百科(Wikipedia)的一张2000年至2009年全球气温趋势图显示了北极地区的快速变暖。

因此,北方的情况正在迅速改变,超出了该地区道路的设计承受能力,维护成本正在稳步上升。道路必须保持开放,以保持偏远社区的联系,并确保必需品仍然可以进入。

某种补救措施是必要的。

这就是我的研究的用武之地。

碾压积雪:一个可能的解决方案

我是卡尔顿大学自然地理学的硕士生。我正在研究压实雪是否可以作为一种新的维护技术,以保持地面寒冷和保护永久冻土。

北部道路通常设计在巨大的砾石路堤上,这些路堤使它们远离地面。这在路面下提供了一个缓冲区,在那里融化可以在不到达下面的敏感土壤的情况下发生。

这通常是有效的,但堤坝可能有几米高,导致雪堆积在旁边,因为它们要么被风吹到那里,要么被维修人员从路面上清除。

先前的研究表明,最大的变暖发生在这些雪堆下面。

雪是极好的绝缘体。它就像一件厚厚的羽绒服,把空气困在堆积的雪花之间的口袋里,保护地面不受冷空气的影响。当雪被压实时——例如,把它堆在路边——空气被挤出,雪的性质发生变化,使热量更容易通过,就像一件薄风衣一样。

无论如何,这是理论上的。

研究

我的现场地图,从2020年11月到2021年6月,定期进行压实和现场测量。

为了验证这一理论,珍和我在梅奥周围的几个森林地点和西北160公里的邓普斯特高速公路沿线的一个山谷里设置了18个50 × 5米的地块,这条公路连接了北极西部和加拿大其他公路网。

所有地块的积雪下的温度都由伐木工监测。其中一半由Na-Cho Nyak Dun的工人每月使用雪地摩托压实,其余的则不受干扰,以建立基线条件。在每次压实后的几天里,Jen和我都会测量雪的特性,包括密度、硬度和颗粒形状,看看它们是如何比较的。

后来我回到渥太华,整理结果。驻扎在梅奥附近的两个数据记录仪的数据无法恢复,但对于其余地点,正如我们预期的那样,每个压实地块的温度都较低,冬季平均温差高达3°C。

在春季,被压实的地块也暖和得快得多。这表明,较低的平均温度实际上是由于绝缘的减少,而不仅仅是随机方差。看起来,热特性的大部分变化可能是由压碎的深度灰泥造成的,这种低密度的结晶雪通常形成在积雪的底部。

还需要更多的实验来确定该技术在不同条件下的有效性,并更好地理解其背后的物理原理,但它显示出了作为北方维修人员处理高风险路段和适应快速变暖气候的工具的前景。

专题图片:登普斯特公路油田附近的墓碑山。

Patrick Jardine正在卡尔顿大学(Carleton University)攻读硕士学位。他写这篇文章是北方科学2022年冬季Pitch & Polish的一部分,这是一个导师计划,将学生和研究人员与我们经验丰富的编辑之一配对,以产生一篇精美的科学写作。

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