Evolución del permafrost a lo largo de 20 años documentada a través de inversión conjunta petrofísica, datos térmicos y de humedad del suelo

Resumen Este estudio investiga las características del suelo del sitio de permafrost de alta montaña (3410 m s.n.m.) Stockhorn en los Alpes suizos mediante una combinación de datos de series temporales de temperatura en superficie y subsuperficie, humedad del suelo, resistividad eléctrica y velocidad de ondas P, incluyendo un enfoque novedoso para cuantificar explícitamente los cambios en el contenido de hielo del suelo. Este estudio fue motivado por la clara señal de degradación del permafrost visible en el conjunto de datos completo en este sitio de monitoreo a largo plazo dentro de la red PERMOS (Monitoreo de Permafrost Suiza). En primer lugar, evaluamos la evolución espacio-temporal del contenido de hielo y agua en el suelo mediante un análisis combinado de todos los datos térmicos in situ disponibles (temperatura de perforaciones y en la superficie del suelo), hidrológicos (humedad del suelo) y geofísicos (geoeléctricos y de refracción sísmica) durante dos décadas (2002–2022) con respecto a los factores que impulsan el calentamiento espacialmente diferente. En segundo lugar, cuantificamos explícitamente el contenido volumétrico de agua y hielo y sus cambios en el subsuelo de 2015 a 2022 utilizando un esquema de inversión conjunta petrofísica consistente en el tiempo dentro de la biblioteca de código abierto pyGIMLi. El esquema de inversión conjunta petrofísica se ha mejorado al restringir el contenido de roca para que sea constante en el tiempo durante seis inversiones subsecuentes para obtener cambios consistentes en el contenido de hielo y agua a lo largo del período de monitoreo basado en datos de resistividad y tiempo de viaje invertidos conjuntamente. Todos los datos diferentes muestran una tendencia de calentamiento del permafrost. El contenido de hielo modelado a partir de la inversión conjunta petrofísica ha disminuido en aproximadamente un 15 % en volumen entre 2015 y 2022. Los cambios en el contenido de hielo se observan primero en la parte inferior, orientada al sur, del perfil. Como resultado, la resistividad y la velocidad de ondas P han disminuido significativamente. Las temperaturas del permafrost medidas en las perforaciones han aumentado entre 0.5 °C y 1 °C en 20 años. Nuestro estudio muestra el alto valor del análisis conjunto y cuantitativo de conjuntos de datos que comprenden variables complementarias del subsuelo para el monitoreo del permafrost a largo plazo.