Seismiska vågor som passerar genom marken nära Longyearbyen i Adventdalen, Svalbard, Norge har saktat in stadigt under de senaste tre åren, mest troligt på grund av permafrostens uppvärmning i den arktiska dalen. Trenden, rapporteras i en ny studie publicerad i Seismologiska forskningsbrev , visar hur seismisk övervakning kan användas för att spåra permafroststabilitet under globala klimatförändringar. Studien är en del av ett fokusavsnitt i ett kommande nummer av tidskriften om arktisk och antarktisk seismologi.

Julie Albaric vid universitetet i Bourgogne Franche-Comté, medan han var anställd på NORSAR (Norge), och kollegor använde data som samlats in från en mängd olika seismiska nätverk och aktiva seismiska experiment för att lära sig mer om den seismiska miljön i Adventdalen på Svalbard, och för att förstå mer om permafrostens dynamik i regionen.

Forskarna kunde detektera säsongsvariationer i seismisk våghastighet, vilket de tillskriver förändringar i ishalten i grund (2 till 4 meter djup) permafrost. Seismiska vågor rör sig snabbare genom fasta material som sten och is, och långsammare genom mer flytande eller mjukare material.

Grund permafrost är känslig för säsongsbetonade temperaturförändringar, vilket skulle förklara säsongsvariationerna i seismisk hastighet som avslöjats av Albaric, Daniela Kühn på NORSAR och deras kollegor. Men forskarna fann också en linjär sjunkande trend i hastighet mellan 2009 och 2011 efter att ha analyserat data som samlats in av ett permanent seismiskt nätverk i området, vilket indikerar ett alltmer smält permafrostlager.

"Vad vi vet är det den första studien som visar denna långsiktiga hastighetstrend, " sa Albaric. "Vår studie visar att det är värt att upprätthålla permanenta observatorier, sådana långsiktiga datainsamlingar är värdefulla, och att alternativ för dataanvändning kan dyka upp som inte var fokus för den ursprungliga installationen."

Forskare letar efter sätt att övervaka permafrost eftersom dess stabilitet kan ha en betydande inverkan på det globala klimatet, med utbredd smältning som potentiellt leder till ökade utsläpp av växthusgaser.

Seismisk övervakning kan vara ett kraftfullt verktyg för att upptäcka förändringar i permafrost, särskilt eftersom data registreras kontinuerligt till skillnad från vissa andra geofysiska metoder, sa Albaric. "Dessutom, seismiska metoder är mycket känsliga och beroende på nätverkets geometri, de tillåter oss att rikta in oss på olika djup och täcka stora områden, vilket tillåter oss att utöka de mycket lokaliserade observationer som tillhandahålls av borrhålstemperaturmätningar."

Det omgivande seismiska aktivitetsbullet på Svalbard består av kroppsvågor (som rör sig genom jordens inre), tillsammans med intermittenta ytvågor som uppstår när medeltemperaturen stiger över fryspunkten. Dessa ytvågor har ett kryogent ursprung, forskargruppen föreslår.

Den utmanande arktiska miljön gör det svårt att distribuera, underhålla och hämta data från nätverken, Kühn noterade. "På sommaren, till exempel, dalen fylls med en bred, flätad flod som begränsar var permanenta seismometrar kan installeras. På vintern, kalla temperaturer, snö och is är hårda mot utrustningen och minskar den tid då ström kan levereras av solpaneler."

"Meteorologiska förhållanden gör uppenbarligen fältarbete utmanande, " tillade Albaric, "särskilt när man installerar stationerna och använder ett tangentbord utan handskar vid temperaturer under -30°C."