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Windholes and Permafrost

Tokachi Shikaoi Geopark is home to some of the southernmost permafrost in the Northern Hemisphere. Permafrost is a permanently frozen layer on or under Earth’s surface that remains at or below 0 degrees Celsius for at least 2 years. Windholes on the mountainsides around Lake Shikaribetsu preserve and generate permafrost and create microclimates that support cold-climate vegetation more commonly found in Arctic areas.

How windholes work

Windholes are gaps between large rock fragments on talus slopes that vent cold air in summer and warm air in winter. They form a natural cooling system that regulates the climate of the slopes and sustains cold-climate environments year-round. 

During autumn and winter, the air outside the windholes is colder than the air within. The temperature can be as low as -30 degrees Celsius outside yet as warm as 10 degrees inside the windholes. Because the cold air entering the windholes is denser than the warmer air, it sinks deep into the chambers between the rocks. At the same time, the warmer, less dense air rises and escapes through gaps between the rock fragments further up the slope. As the warm air escapes, more cold air is drawn into the spaces between the rocks lower down the slope.

In spring, the temperature rises and snow on the mountains begins to melt. Snowmelt seeps between the rocks, penetrating deep within the windhole chambers. During spring and summer, the air inside the chambers is colder than the air outside, and the snowmelt freezes, replenishing the ice stores within the windhole chambers. When the air outside is warmer than the air inside, the air circulation system within the windholes reverses. Cold air escapes from windholes lower down the slope, and warm air is pulled into the spaces between the rocks farther up the slope. As the warm air passes downwards between the rocks, it cools and is eventually vented lower down on the slope.

Ancient ice

Because of the topography and cold climate of the Shikaribetsu part of the geopark, patches of permafrost remain at relatively low altitudes, where it is uncommon outside of the Arctic. Studies of the area have led to important discoveries, such as 4000-year-old ice. These have provided insights into the geology, climate, and ecosystems of the Tokachi Shikaoi area.

風穴と永久凍土

とかち鹿追ジオパークは、北半球で最も南に位置する永久凍土が存在する場所の一つです。永久凍土とは、地表上または地下の永久に凍ったままの層で、少なくとも2年間、0度以下に保たれているものを指します。然別湖周辺の山の斜面に点在する風穴は、永久凍土を保全・生成し、通常なら北極圏に見られるような寒冷気候の植物を支える微気候を生み出します。

風穴のしくみ

風穴とは、崖錐の大きな岩の岩屑間の隙間のことで、夏には冷気が、冬には暖気がここを流れます。これらは、天然の冷却システムを形成し、斜面の気候を調整して、寒冷気候環境を年中維持します。 

秋・冬には、風穴の外の空気が中の空気よりも冷たくなります。風穴外の温度は -30度にまで下回ることがある一方で、中の温度は10度にまで昇ります。風穴に流れ込む冷気は暖気よりも密度が高いことから、岩と岩の間の空間の奥深くまで沈みます。同時に、より温かく密度が低い空気は上昇し、岩間の隙間から流れ出て、斜面を登っていきます。暖気が流れ出ることで、斜面の下の方の岩間の空間には、さらに多くの冷気が引き込まれます。

春になると、気温は上昇し、山の雪は溶け始めます。雪解け水は岩間を流れ、風穴の中の空間奥深くへと侵入します。春・夏には、中の空気は外の空気よりも冷たくなり、雪解け水は凍り、風穴の中の空間にある氷に新たな層が形成されます。外の空気が中の空気よりも暖いと、風穴の中の空気循環システムは逆転します。冷気は斜面の下の方の風穴から流れ出て、斜面の上の方の岩間の空間には暖気が引き込まれます。岩間を暖気が下方へ向かって通ると、それは冷却され、いずれ斜面の下の方から吹き出されます。

太古の氷

ジオパークの然別エリアの地形と寒冷気候により、北極圏以外ではあまり見られない比較的低い標高に永久凍土が存在しています。この辺りで実施された調査は、4,000年前の氷など、重要な発見につながっています。このような発見により、十勝鹿追エリアの地質、気候、そして生態系に関する洞察を得ることができています。

风穴和永久冻土

　　十胜鹿追地质公园拥有一些北半球最南端的永久冻土层。永久冻土是指位于地表或地下、至少2年保持在0摄氏度或更低温度的永久冰冻层。然别湖周围山坡上的风穴能够保存和生成永久冻土，由此形成的微气候让许多常见于极地的寒带植物也能在这里生长。

风穴的原理

　　风穴是塌砾坡上大型岩石碎块之间的缝隙，夏季排出冷空气，冬季排出暖空气。它们形成了一个天然的冷却系统，调节着山坡的气候，全年维持着寒冷的气候环境。 

　　秋冬季节，风穴外的空气比内部更冷。在外部温度低至零下30摄氏度的情况下，风穴内的温度却能高达10摄氏度。由于进入风穴的冷空气密度比暖空气高，因此会沉入岩石之间的洞穴深处。与此同时，温度较高、密度较低的空气上升，并从斜坡上更高处岩石碎片之间的缝隙中逸出。随着暖空气的逸出，更多的冷空气被吸入斜坡较低处岩石之间的空隙中。

　　当春天气温回升时，山上的积雪就会开始融化。融雪渗入岩石之间，进而渗透到风穴洞穴深处。春夏季节，风穴内的空气比外部空气更冷，融雪结成冰，补充了风穴内冰的储量。当风穴外部空气的温度高于内部空气时，风穴内的空气循环系统就会发生逆转。冷空气从山坡下部的风穴中排出，而暖空气则被吸入山坡上部岩石之间的空隙中。暖空气向下穿过岩石间时会逐渐冷却，最终从山坡下方逸出。

古老的冰层

　　由于地质公园然别地区的地形和寒冷气候，当地在相对较低的海拔高度上仍有成片的永久冻土，这在极地以外并不常见。对该地区的研究已有重要发现，例如有4000年历史的冰层。这些发现有助于了解十胜鹿追地区的地质、气候和生态系统。

풍혈과 영구동토

도카치 시카오이 지질공원은 북반구에서 가장 남쪽에 위치한 영구동토가 있는 곳입니다. 영구동토란 지표상 또는 지하에 있는 영구히 언 채로 있는 층으로 적어도 2년 동안 0도 이하로 유지되고 있는 곳을 말합니다. 시카리베쓰호 주변 산의 사면에 있는 풍혈은 영구동토를 보전하고 생성해 일반적으로는 북극권에서 흔히 볼 수 있는 한랭 기후의 식물을 지탱하는 미기후를 만들어냅니다.

풍혈의 구조

풍혈이란 애추사면이나 ‘암괴사면’이라 불리는 이 사면의 바위와 바위 사이에 생긴 구멍을 말하며, 여름에는 차가운 공기, 겨울에는 따뜻한 공기가 흐릅니다. 이 풍혈들은 천연 냉각 시스템을 형성하고 사면의 기후를 조정해 한랭 기후 환경을 연중 유지합니다. 

가을, 겨울에는 풍혈 밖의 공기가 안의 공기보다 차가워집니다. 풍혈 바깥의 기온이 -30℃로 내려갈 때도 풍혈 안은 10℃ 정도로 따뜻합니다. 풍혈로 흘러드는 냉기는 온기보다 밀도가 높아서 바위와 바위 사이의 공간 깊숙이까지 가라앉습니다. 이와 동시에 더 따뜻하고 밀도가 낮은 공기는 상승해 사면 위에 있는 바위틈을 통해 밖으로 빠져나갑니다. 따뜻한 공기가 흘러나오면서 사면 아래쪽의 바위 사이 공간에는 더 많은 냉기가 유입됩니다.

봄이 되면 기온이 상승하고 산의 눈은 녹기 시작합니다. 눈 녹은 물은 바위틈을 흘러 풍혈 속 공간 깊숙이 스며듭니다. 봄과 여름에는 풍혈 속 공기는 바깥 공기보다 차가워지고, 눈 녹은 물은 얼어붙어 풍혈 내부의 얼음에 새로운 층이 형성됩니다. 바깥 공기가 안쪽 공기보다 따뜻하면 풍혈 속 공기 순환 시스템은 역전됩니다. 차가운 공기는 사면 아래쪽 풍혈에서 흘러나오고 사면 위의 바위 사이 공간에는 따뜻한 공기가 유입됩니다. 따뜻한 공기는 바위틈을 통과하면서 냉각되어 최종적으로 사면 아래쪽으로 빠져나갑니다.

태고의 얼음

지질공원의 시카리베쓰 지역은 지형과 한랭 기후의 영향으로 북극권 이외에서는 잘 볼 수 없는 비교적 낮은 고도에 영구동토가 남아있습니다. 이 주변에서 실시된 조사는 4,000년 전의 얼음과 같은 중요한 발견으로 이어지고 있습니다. 이런 발견은 도카치 시카오이 지역의 지질, 기후, 그리고 생태계에 관한 이해를 심화시켜줍니다.