Seismische golven die door de grond gaan bij Longyearbyen in de Adventdalen-vallei, Spitsbergen, Noorwegen is de afgelopen drie jaar gestaag aan het vertragen, hoogstwaarschijnlijk te wijten aan de opwarming van de permafrost in de Arctische vallei. De trend, gerapporteerd in een nieuwe studie gepubliceerd in Seismologische onderzoeksbrieven , laat zien hoe seismische monitoring kan worden gebruikt om de stabiliteit van de permafrost onder wereldwijde klimaatverandering te volgen. De studie maakt deel uit van een focussectie in een aankomend nummer van het tijdschrift over Arctische en Antarctische seismologie.

Julie Albaric van de Universiteit van Bourgogne Franche-Comté, terwijl hij in dienst was bij NORSAR (Noorwegen), en collega's gebruikten gegevens verzameld uit verschillende seismische netwerken en actieve seismische experimenten om meer te weten te komen over de seismische omgeving van de Adventdalen-vallei van Svalbard, en om meer te begrijpen over de dynamiek van permafrost in de regio.

De onderzoekers waren in staat om seizoensvariaties in seismische golfsnelheid te detecteren, die zij toeschrijven aan veranderingen in het ijsgehalte van ondiepe (2 tot 4 meter diepe) permafrost. Seismische golven bewegen sneller door vaste materialen zoals steen en ijs, en langzamer door meer vloeibaar of zachter materiaal.

Ondiepe permafrost is gevoelig voor seizoensgebonden temperatuurveranderingen, wat de seizoensvariaties in seismische snelheid, ontdekt door Albaric, zou verklaren, Daniela Kühn bij NORSAR en hun collega's. Maar de onderzoekers vonden ook een lineair afnemende trend in snelheid tussen 2009 en 2011 na analyse van gegevens verzameld door een permanent seismisch netwerk in het gebied, wijzend op een steeds meer gesmolten permafrostlaag.

"Voor zover wij weten is dit de eerste studie die deze langetermijnsnelheidstrend laat zien, " zei Albaric. "Onze studie toont aan dat het de moeite waard is om permanente observatoria te behouden, dergelijke gegevensverzamelingen op lange termijn zijn kostbaar, en dat er mogelijk opties voor datagebruik opduiken die niet de focus waren van de oorspronkelijke installatie."

Onderzoekers zijn op zoek naar manieren om permafrost te monitoren, omdat de stabiliteit ervan een aanzienlijke impact kan hebben op het wereldwijde klimaat, met wijdverbreide smelten die mogelijk leiden tot een toename van de uitstoot van broeikasgassen.

Seismische monitoring kan een krachtig hulpmiddel zijn om permafrostveranderingen te detecteren, vooral omdat gegevens continu worden geregistreerd in tegenstelling tot sommige andere geofysische methoden, zei Albaric. "In aanvulling, seismische methoden zijn erg gevoelig en afhankelijk van de netwerkgeometrie, ze stellen ons in staat om op verschillende diepten te mikken en grote gebieden te bestrijken, waardoor we de zeer gelokaliseerde waarnemingen van boorgattemperatuurmetingen kunnen uitbreiden."

Het omgevingsgeluid van seismische activiteit op Spitsbergen bestaat uit lichaamsgolven (die door het binnenste van de aarde bewegen), samen met intermitterende oppervlaktegolven die optreden wanneer de gemiddelde temperatuur boven het vriespunt stijgt. Deze oppervlaktegolven hebben een cryogene oorsprong, suggereert het onderzoeksteam.

De uitdagende Arctische omgeving maakt het moeilijk om in te zetten, onderhouden en ophalen van gegevens van de netwerken, merkte Kuhn op. "In de zomer, bijvoorbeeld, de vallei vult zich met een brede, gevlochten rivier die begrenst waar permanente seismometers kunnen worden geïnstalleerd. In de winter, koude temperaturen, sneeuw en ijs zijn hard voor apparatuur en verkorten de tijd dat stroom kan worden geleverd door zonnepanelen."

"Meteorologische omstandigheden maken veldwerk natuurlijk uitdagend, " voegde Albaric toe, "vooral bij het installeren van de stations en het gebruik van een toetsenbord zonder handschoenen bij temperaturen onder -30°C."