Geologie a pedologie
Schematická geologická mapa Svalbardu
Polární půdy vývoj a vlastnosti Půda je produktem matečné horniny klimatu biotické aktivity (rostlin, živočichů a mikroorganismů) času Nízké teploty a krátké vegetační období limitují vývoj polárních půd. Teploty, jež umožňují rozvoj půdního života, trvají 4 až 8 týdnů a jsou omezeny jen na mikroklima aktivní vrstvy. V polárních oblastech - fenomén přenosu látek a genomů větrem.
Klima Mikroklima je klima povrchu půdy (studijního objektu) Mikroprostředí (microenvironment) prostředí obklopující organismus.
Matečná hornina Zvětrávání matečné horniny - velmi pomalé nedostatečné zásobení polárních půd minerálními živinami. Vrchní rozmrzající aktivní vrstva podíl na půdotvorných procesech. Spodní horizonty permafrostu jsou permanentně zmrzlé. Ve vysokých zeměpisných šířkách dosahuje aktivní vrstva mocnosti méně než 10 cm, v nízké Arktidě či Antarktidě 50 až 100 cm. Ve vysokých zeměpisných šířkách dosahuje hloubka permafrostu několik stovek metrů.
Zóna permafrostu v Arktidě (celá Antarktida má permafrost)
Zóna permafrostu v Arktidě
Permafrost Permafrost odebírá permanentně tepelnou energii aktivní vrstvě. Zmrzlý horizont brání výměně minerálních živin, vody, plynů mezi zmrzlými horizonty a aktivní vrstvou. Příkrý teplotní gradient mezi aktivní vrstvou půdy a permafrostem způsobuje fyziologickou ariditu. Rostliny žijící v aktivní vrstvě jsou vystaveny vodnímu stresu (rychlé evaporaci). Současně v pouštních oblastech dochází k zasolování aktivní vrstvy.
Na severní polokouli je hranice kontinuálního permafrostu přibližně shodná s 1 C isotermou. V jižnějších polohách nacházíme výskyt tzv. čočkovitého permafrostu. Pod vrstvami organické hmoty, které působí teplotně izolačně, se nacházejí čočky zmrzlé půdy. Diskontinuální permafrost je většinou rozšířen pod hranicí lesa. Kontinuální a diskontinuální permafrost pokrývá cca 20% povrchu naší planety.
Díky zasolení nebo vyšším tlakům mohou mezi vrstvami permafrostu existovat nezmrzlé části matečné horniny.
Na některých lokalitách existuje permafrost i pod mořem (mořské šelfy s prochlazenou vodou). Na severní polokouli je nejhlubší permafrost na Sibiři cca 600 m, v centrální Antarktidě až 800 m. Hloubku permafrostu ovlivňuje celá řada faktorů - množství energie dopadající na povrch půdy - množství geotermální energie - termální vlastnosti matečné horniny - obsah vody, atd. Nejhlubší permafrost existuje v místech s minimálním pokrytím vegetace, s krátkým a chladným létem s minimální sněhovou pokrývkou.
Permafrost má stabilní teplotu. Pouze jeho vrchní vrstva se v letním období mění v závislosti na ročním období (s časovým posunem).
Roční teplotní profil permafrostu ukazuje, do jaké hloubky se mění teplota permafrostu v závislosti na střídání ročních období.
Aktivní vrstva Tavná voda ze sněžníků a ledovců rychle stéká do údolí. Dochází k dezertifikaci prostředí. Na dně údolí dochází k akumulaci vody a vytváření různých typů mokřadů. Na zamokřených svazích za současného vytváření aktivní vrstvy a tání permafrostu dochází k uvolnění zvodnělé půdy a k následným sesuvům. Tento proces se označuje soliflukce.
Nemožnost vsakování tavné vody ze sněžníků a ledovců způsobuje zamokření půd (vznik tzv. hydromorfických půd). Množství organické hmoty, která se jen těžko mineralizuje, zůstává v aktivní vrstvě, dochází k postupnému okyselování půd a ke glejotvorným procesům.
Biotické aktivity půdy Vysoké zeměpisné šířky jsou tvořeny - polárními pouštěmi a polopouštěmi - s minimálně vyvinutými půdami - s minimálním vegetačním krytem. Subarktické a subantarktické oblasti mohou na druhé straně dosahovat stoprocentního vegetačního krytu se značným oživením půdního profilu.
Čas Vegetační sezóna a s ní spojené biologické procesy probíhající v půdě jsou omezeny 2 až 3 měsíci. Dlouhé období vegetačního klidu zpomaluje proces tvorby půd a působí podobně jako ledová období. V polárních oblastech dochází jen k omezenému zvětrávání hornin, vymývání, dekompozici a přemisťování.
V polárních oblastech rozlišujeme tři typy půd: hnědá, tundrová a močálová půda. Tundrový a močálový typ půd převládá v polárních oblastech.
Vztah vývoje půd ve třech klimatických zónách
Zamokřená půda tundrový a močálový typ půdy V subarktické a subantarktické oblasti. Tvoří asi 85% rozlohy tunder. Zůstává nasycený vodou po celou vegetační sezónu. Přítomnost permafrostu zabraňuje vsakování vody ho hlubších vrstev. Vegetace zde působí jako ochrana proti letnímu prohřívání a vysušování. Mrazové procesy zabezpečují pohyb půdy a tím její stálé narušování tvorba mrazových půd polygonů.
Kopečková tundra napomáhá vytvářet příznivější mikroklimatické podmínky pro rostliny. V letním období zadržuje vláhu, v zimě působí tepelně izolačně. Izolace permafrostu vegetací a následné přirůstání permafrostu vede ke vzniku různých mrazových jevů, vznik ping (Pingo má jádro z čistého ledu), rašelinných kopečků a mohyl (Palsa střed tvořen zmrzlou organickou hmotou.)
Nezamokřené hnědé polání půdy Na stanovištích, která jsou dobře odvodněna. Aktivní vrstva bývá mocnější s možností vzniku vrstevnatosti. Rozlohou - malou částí (cca 1%) polárních půd. Vegetační kryt těchto půd je řídký díky nedostatku vláhy a větrné erozi. Půda polárních pouští Pokryvnost cévnatých rostlin je nižší než 25%, průměrná červencová teplota je pod 5 C a průměrné roční srážky jsou nižší než 8 cm. U těchto půd dochází k akumulaci solí na povrchu, ph jsou většinou neutrální až alkalické. Jsou poškozovány větrnou erozí. Na povrchu se vytváří minerální a biologické krusty.
Biologické krusty polárních pouští Na povrchu půd polárních pouští - tzv. biologické krusty (nižší houby, sinice, řasy, bakterie a lišejníky). Tyto krusty jsou jedinými primárními producenty na těchto stanovištích - zpevňují povrch půdy a tím omezují větrnou erozi.
Diverzita a četnost sinic a řas půdních krust polární pouště na ostrově Ellesmere
Fyzikálně-chemická charakteristika půd na ostrově Ellesmere Pouze pískovcové typy půd měly nižší ph, ostatní typy byly neutrální až alkalické.
Obsah vody byl velmi nízký a během vegetační sezóny se snižoval
Obsah fotosyntetických pigmentů a diverzita sinic a řas. Říční terasa, granitový substrát a odledněná moréna měly vyšší koncentrace než dolomitický substrát a dno údolí. Dolomitický substrát měl vyšší poměr chlorofyl a : b něž u říční terasy, granitového substrátu a morény. Zelené řasy byly přítomny především na těchto třech typech lokalit.
Druhové složení sinic a řas Celkem bylo nalezeno 136 druhů sinic a řas. - z toho 52 druhů sinic a 84 druhů řas. Zelené řasy byly skupinou s největší druhovou diverzitou. Nadmořská výška negativně ovlivňovala počet nalezených druhů. V granitovém substrátu bylo nalezeno více druhů než v dolomitickém. Půdní krusty obsahovaly především sinice.
Vertikální distribuce sinic a řas v granitovém substrátu
Vertikální distribuce sinic a řas v dolomitickém substrátu
Granitový substrát byl bohatší jak z hlediska diverzity, tak četnosti sinic a řas než dolomitický substrát. V granitovém substrátu Oscillatoriales a Chroococcales převažovaly. Jejich počet byl největší v hloubce 3 až 5 cm. Dolomitický substrát byl chudý jak z hlediska diverzity, tak četnosti. Oscillatoriales byly zastoupeny nejvíce a byly přítomny pouze v horní vrstvě půdy (do 4 cm).