náhled|279x279bod|Tání permafrostu na Herschelově ostrově (2013) náhled|279x279bod|Degradace permafrostu na pobřeží Aljašky (2017) náhled|279x279bod|Jedna z prvních map permafrostu na Sibiři z roku 1840 od Karla Ernst von Baera Permafrost (též věčně nebo dlouhodobě zmrzlá půda, pergelisol) je hornina, zvětralina nebo půda, jejíž teplota je po dobu dvou či více let nižší než 0 °C. Voda v takové půdě je zmrzlá a tvoří spolu s částečkami písku, hlíny a kamení tvrdou krustu. Permafrost je součástí zemské kryosféry a zabírá přibližně 11 % zemského povrchu a 25 % povrchu severní polokoule. Termín permafrost vznikl sloučením anglických slov „permanent” a „frost(y)” (trvalý a zmrzlý).
Mocnost permafrostu dosahuje až několika stovek metrů, promrzá tedy nejenom půda, ale i skalní podloží. Nejhlubší známý permafrost je na Sibiři a sahá do hloubky cca 1500 m. V některých případech se permafrost nachází pod nezamrzlou půdou a v to v různé hloubce.
Permafrost obsahuje velké množství rozložené biomasy. S postupným odtáváním permafrostu se do atmosféry Země uvolňují plyny jako metan a oxid uhličitý, což významně umocňuje skleníkový efekt v atmosféře naší planety a tedy i globální oteplování.
V oblastech tundry a tajgy svrchní část permafrostu přes léto pravidelně taje. Tato část permafrostu se nazývá aktivní vrstva a mohou na ní růst rostliny. V situaci, kdy je podloží stále zmrzlé, ale aktivní vrstva taje, mohou vznikat zvláštní povrchové geomorfologické jevy jako např. opilý les, polygonální půdy, thufur, pingo, kryoplanační terasa, apod.
Permafrost se také může vyskytovat pod mořskou hladinou. Po poslední době ledové byl takový permafrost zatopen zvyšující se hladinou oceánu, ale zároveň teplota takového oceánu dodnes není natolik vysoká, aby způsobila roztátí daného permafrostu. Jedná se o část Severního ledového oceánu. S postupným ohřevem oceánů však i tento permafrost začal tát a vypouštět zásoby skleníkových plynů.
Permafrost se také nachází na jiných planetách a vesmírných objektech. Lze ho identifikovat třeba na Marsu či na Měsíci.
Charakteristika Teplota Permafrost se může utvářet v jakémkoli klimatu, kde je průměrná roční teplota vzduchu nižší než bod mrazu vody, tedy 0 °C. Nachází se hlavně v polárních oblastech planety. Teplotní výkyvy permafrostu pod aktivní vrstvou se s hloubkou zmenšují. Ve větší hloubce pak geotermální energie udržuje teplotu nad bodem mrazu. Nad touto spodní hranicí může být permafrost se stálou roční teplotou – „izotermický permafrost“.
Na hloubku permafrostu má také vliv tepelná vodivost podloží nebo třeba blízkost zlomů tektonických desek. V členitém reliéfu pak orientace svahů (více se tvoří v extrémně zastíněných oblastech severních nebo východních svahů) nebo kamenná moře (snižují teplotu okolí o 4–7 °C).
Oblasti bez permafrostu najdeme ve vlhkých boreálních lesích, např. v severní Skandinávii a severovýchodní části evropského Ruska západně od Uralu, kde sníh působí jako izolační přikrývka. Výjimkou mohou být také zaledněné oblasti. Ledovce jsou zespodu ohřívány geotermální energií, a proto se mezi nimi a povrchem nachází kapalná voda.
Stáří a významné lokality Výpočty ukazují, že doba potřebná k vytvoření hlubokého permafrostu pod zátokou Prudhoe Bay na Aljašce činila více než půl milionu let. Rozšiřování tohoto permafrostu v době glaciálních a interglaciálních cyklů pleistocénu naznačuje, že současné klima v zátoce Prudhoe Bay je podstatně teplejší, než tomu bylo v průměru za posledních 15 000 let. Prvních sto metrů hloubky permafrostu se tvoří relativně rychle, ale hlubší vrstvy promrzají podstatně déle. +Doba nutná pro vznik permafrostu v různých hloubkáchRokyHloubka14,44 m35079,9 m3,500219,3 m35,000461,4 m100,000567,8 m225,000626,5 m775,000687, 7 m Zatímco povrch severní polokoule je z 25 % pokryt permafrostem, jeho přítomnost na jižní polokouli a zejména na Antarktidě je předmětem usilovného výzkumu. V oblasti Dry Valleys v Zemi královny Viktorie (Antarktida) se nachází permafrost, jehož stáří se odhaduje na 8 milionů let.
Kromě oblastí, které jsou pokryty ledovci, se permafrost nachází především v Rusku, dále v Kanadě a Číně. V některých oblastech světa jde o poměrně mladý, současně se formující permafrost, zatímco v jiných částech jako je Sibiř nebo Aljaška, jde o zamrzlou půdu, jejíž existence staří je několik set tisíc let. Doposud největší naměřená hloubka permafrostu dosahuje 1 493 metrů a to v povodí řek Lena a Jana na Sibiři.
Aktivní vrstva Permafrost může být překryt tzv. aktivní vrstvou, což je vrstva půdy vystavená sezónním cyklům mrznutí a tání. Někdy se označuje jako činná, tavná či regelační vrstva.
Na aktivní vrstvu se váže několik procesů a jevů, z nichž výrazný je například mechanický rozpad hornin. Důsledkem opakovaného rozmrzání a zamrzání sedimentů dochází k mrazovému třídění materiálu. Tloušťka aktivní vrstvy je ovlivňována ročním obdobím, místními klimatickými podmínkami nebo třeba globálním oteplováním. Nejčastěji je 0,3 m až 4 m hluboká (mělká je podél arktického pobřeží; hluboká je v jižní Sibiři a na Qinghai-tibetské plošině).
V aktivní vrstvě může růst vegetace. Přítomnost věčně zmrzlé půdy má významné důsledky pro ekosystémy. Mocnost aktivní vrstvy přímo ovlivňuje hloubku zakořeňování vegetace a možnosti budování úkrytů a nor různých živočichů. Příkladem je dominance smrku černého v oblastech pokrytých permafrostem v Severní Americe, protože tento druh snese i velmi mělké zakořenění.C. Michael Hogan, Black Spruce: Picea mariana, GlobalTwitcher.com, ed. Nicklas Stromberg, November, 2008
Klasifikace náhled|Rozšíření permafrostu na severní polokouli podle poměru zabrané plochy
Podle poměru zabrané plochy Celosvětově se rozlišují čtyři základní kategorie permafrostu podle podílu rozlohy, kterou zabírají v dané oblasti. Souvislý permafrost zabírá 90–100 % plochy, nesouvislý 50–90 % plochy, sporadický 10–50 % plochy a izolovaný méně než 10 % vybrané plochy. Nejčastějším typem permafrostu je souvislý permafrost (z 50 %), zbytek tvoří nesouvislý permafrost (okolo 20 %) a sporadický či izolovaný permafrost (okolo 30 %).
Souvislý – průměrná roční teplota povrchu půdy pod −5 °C nemůže nikdy stačit k rozmrznutí permafrostu. Hranice souvislého permafrostu se po celém světě mění ve směru sever – jih v důsledku mikroklimatické dynamiky. Na jižní polokouli spadá ekvivalentní linie do oblasti Jižního oceánu. Obnažený povrch Antarktidy je z podstatné části pokryt permafrostem, který na pobřeží odtává. Nesouvislý – zabírá 50–90 % vybrané plochy. Obvykle se nachází v místech, kde je průměrná roční povrchová teplota půdy mezi -5 a 0 °C. Proto se vytváří spíše na místech, která jsou nějakým způsobem chráněna před teplem – obvykle na severním svahu (na jižním svahu pro jižní polokouli). Sporadický – pokrývá méně než 50 % krajiny a typicky se vyskytuje při průměrných ročních teplotách mezi 0 a -2 °C.
Podle obsahu vody (rozdíl mezi ledem a permafrostem) náhled|Průřez permafrostem v cm|175x175pixelůZatímco ledovec se skládá především z ledu, permafrost je nejčastěji směsí půdy a ledu. Existují i permafrosty, v nichž není voda přítomna, jde o tzv. suchý permafrost. Led tvoří až 90 % celkové hmoty permafrostu. Objem veškerého podzemního ledu v permafrostu na Zemi se odhaduje na 0,2 až 0,5 x 106 km3. Pokud ovšem obsah ledu v permafrostu překročí 250 % (hmotnostní poměr ledu k suché půdě), pak už jde o masivní led, dále klasifikovaný na škále ledové bahno – čistý led.
Zasypaný povrchový led – oblast permafrostu, tvořená pohřbeným masivním ledem, který pochází ze sněhu, zamrzlého jezera či z mořského ledu, nebo z aufeis (uvízlého říčního ledu), ale nejčastěji z ledovcového ledu.Astakhov, 1986; Kaplanskaya and Tarnogradskiy, 1986; Astakhov and Isayeva, 1988; French, 1990; Lacelle et al., 2009 Intrasedimentální led – tvoří se místním zamrzáním podzemních vod. Převládá zde segregační, intruzívní a injektážní led.
Podle vzniku Z genetického hlediska rozlišujeme dva typy permafrostu a to epigenetický, který se tvoří až po vzniku zeminy/půdy a syngenetický, tvořící se současně s usazováním sedimentu. Rozdíly v obou typech spočívají především v rozmístění ledu. Epigenetický typ má heterogenní strukturu, která je podmíněna zmrznutím shora, a proto je také podzemní led zastoupen ve svrchním horizontu permafrostu. U syngenetického typu je podzemní led rozložen rovnoměrněji v celém profilu mrzloty, přičemž množství zemního ledu je celkově větší než u typu epigenetického.
Terminologie: krajinné segmenty a doprovodné jevy náhled|Ledový klín náhled|Prostor po bývalém ledovém klínu v miocenním štěrkovém ložisku, který byl následně zaplněn spraší. Lorenziberg, Německonáhled|Strukturální půda okolo pinga v blízkosti Tuktoyaktuku, Kanada Pravidelné zamrzání a rozmrzání aktivní vrstvy permafrostu se projevuje ve zvláštních geomorfologických útvarech všech velikostí. V aktivní vrstvě dochází ke kryoturbacím, tedy pohybům půdy jak ve vertikálním tak i v horizontálním směru. Půdy, jejichž hlavním půdotvorným činitelem je mráz, a které obsahují permafrost alespoň dva metry pod povrchem, se nazývají kryosoly.
Ledový klín – útvar, který vznikne, když do puklin v permafrostu zateče voda a zmrzne. Přítomnost pozůstatků ledových klínů lze pozorovat i v ČR, např. mezi obcemi Kralupy nad Vltavou a Velvary nebo Horní a Dolní Kalná. Mrazový klín – podobný útvar, který vznikne, když do puklin zateče rozbředlá hmota z aktivní vrstvy.
Strukturní půdy – půdy, na jejichž povrchu se přirozenou cestou vytvářejí nápadné geometrické obrazce většinou ohraničené kamením. Jsou typické pro kamenité rovinaté podloží. Hlavním činitelem jejich vzniku je mrazové třídění nehomogenního materiálu. Polygonální půdy – půdy, které na povrchu vytváří geometrické útvary, především mnohoúhelníky nebo kruhy či prstence, a to na rovinatém terénu se sklonem do 5°. Jde o útvary s mírně vyklenutým středem, na jejichž okraji je soustředěn hrubší materiál. Mohou mít průměr i několik metrů. Můžeme je pozorovat také v České republice na plochých hřebenech Krkonoš (Luční hora), Hrubého Jeseníku (Vysoká hole, Břidličná hora), dále také na Slovensku (Vysoké Tatry). Brázděné půdy – jedná se de facto o polygonální půdy, ale tentokrát na ukloněném svahu. Z tohoto důvodu jsou geometrické tvary protažené ve směru sklonu svahu. Mají tedy oválný tvar. Vytvářejí se na svazích se sklonem 5° až 25°. Dlážděné půdy – jsou méně častým případem polygonálních půd. Vznikají mrazovým vytříděním silně zvlhčeného hrubého materiálu, jenž se koncentruje při povrchu a vytváří efekt dlažby. náhled|Největší pingo v Kanadě „Ibyuk" náhled|Alas začleněný do krajiny, Megino-Kangalasský region, Jakutsko, Rusko náhled|Satelitní snímek permafrostu. A - polygonální půda v místech bývalého jezera, B - pingo, C - jedoma. Kryopedimenty – svažitý povrch (pediment) vzniklý působením kryogenních pochodů za přítomnosti permafrostu. Rozlišujeme okrajové kryopedimenty a údolní kryopedimenty. Vznikají působením nízkých teplot, dělí se podle tvaru a velikosti na makro, mezo a mikro. Pro permafrost jsou významné následují kryogenní tvary:
Kryoplanační terasy – plošina či terasa ohraničená mrazovým srubem nebo mrazovým srázem. Viz např. kryoplanace a kryoplén, oblík, nivační deprese, mrazová poušť. Kryogenní kupy