Evolución reciente del permafrost en la línea de costa de Utqiaġvik, Alaska

Abstract

El permafrost costero en el Ártico es muy sensible a cambios en las variables climáticas, oceanográficas, biológicas y antrópicas, por lo que es fundamental conocer su estado térmico a través de la monitorización de dichas variables en las distintas zonas de la región. El presente trabajo se centra en la necesidad de caracterizar y entender los cambios rápidos que puedan estar ocurriendo en la costa del océano Ártico, para lo cual se ha seleccionado la costa de Utqiaġvik (Barrow) en Alaska, un área potencial por su relevancia socioeconómica y por la disponibilidad de información climática y de imágenes aéreas. Para el periodo de estudio, que va desde los años 90 del pasado siglo XX hasta la actualidad, se han obtenido datos de temperaturas del aire y suelo, precipitaciones, capa activa, cubiertas del suelo e imágenes satélite a través de distintas fuentes y herramientas. La metodología utilizada para analizar la evolución del permafrost costero a través del estudio de la línea de costa se basa en el manejo de los programas informáticos QGIS versión 3.22.6 y Surfer (Golden Software Co.). Para los datos climáticos y del suelo se han empleado ficheros de cálculo para la obtención de variaciones y tasas de variaciones de todas las variables. Los resultados muestran que las temperaturas máximas y mínimas del aire han aumentado 0,2 ºC/año y las precipitaciones 0,7 mm/año entre 1990-2022. Las temperaturas medias del suelo han ido en aumento, con una tasa de 0,19 ºC/año para el periodo 1998-2013, al igual que la profundización de la capa activa del suelo, con una tasa de 0,15 cm/año en el periodo 1995-2019. Las temperaturas obtenidas en profundidad varían especialmente a mayores profundidades (34 cm) para los meses estivales y otoñales. La línea de costa entre 1979-2022 ha sufrido cambios que varían según el periodo y el tramo. A pesar de que el balance neto es cercano a 0, los sectores afectados por erosión han aumentado un 58,8% desde 1979. Las tasas de desplazamiento de la línea de costa en el periodo de estudio presentan valores máximos de 6,1 m/año y mínimos de -4,1 m/año. Destaca el último periodo 2014-2022 al ser el que presenta más costa afectada por erosión, en el 69,2% de los tramos estudiados. Las zonas de mayores tasas de erosión del suelo han sido el sur y centro de Utquiagvik, las cuales se podrían asociar con la inestabilidad física del suelo por la remoción de tierra por actividad minera, y en el centro de la ciudad podría estar afectando la trasmisión térmica de las edificaciones sobre el permafrost. En el presente trabajo se mencionan algunas de las limitaciones en el estudio del permafrost costero como el acceso a imágenes espaciales de alta resolución y la escasa distribución de estaciones de monitoreo en zonas costeras afectadas por derretimiento de permafrost.

The coastal permafrost in the Arctic is very sensitive to changes in climatic, oceanographic, biological and anthropic variables, so it is essential to know its thermal state by monitoring these variables in the different areas of the region. This paper focuses on the need to characterize and understand the rapid changes that may be occurring on the Arctic Ocean coast, for which the Utqiaġvik (Barrow) coast in Alaska has been selected, a potential area due to its socioeconomic relevance and due to the availability of climatic information and aerial images. For the study period, which goes from the 1990s to the present, data on air and soil temperatures, rainfall, active layer, land cover and satellite images have been obtained through different sources and tools. The methodology used to analyze the evolution of coastal permafrost through the study of the coastline is based on the use of QGIS software version 3.22.6 and Surfer (Golden Software Co.). For the climatic and soil data, calculation files have been used to obtain variations and rates of variation of all the variables. The results show that the maximum and minimum air temperatures have increased 0.2 ºC/year and rainfall 0.7 mm/year between 1990-2022. Average soil temperatures have been increasing, with a rate of 0.19 ºC/year for the period 1998-2013, as has the deepening of the active soil layer, with a rate of 0.15 cm/year in the period 1995-2019. The temperatures obtained in depth vary especially at greater depths (34 cm) for the summer and autumn months. The coastline between 1979-2022 has undergone changes that vary according to the period and the stretch. Even though the net balance is close to 0, the sectors affected by erosion have increased by 58.8% since 1979. The displacement rates of the coastline in the study period present maximum values of 6.1 m/ year and minimums of -4.1 m/year. The last period 2014-2022 stands out as it is the one with the most coastline affected by erosion, in 69.2% of the sections studied. The areas with the highest rates of soil erosion have been the south and center of Utquiagvik, which could be associated with the physical instability of the soil due to the removal of land by mining activity, and in the center of the city it could be affecting the transmission thermal of buildings on permafrost. This paper mentions some of the limitations in the study of coastal permafrost, such as access to high-resolution spatial images and the scarce distribution of monitoring stations in coastal areas affected by permafrost melting.