一、概念
冻土是在高纬度和高山高原地区形成0℃或0℃以下,且含冰的冻结土层。
二、分类
(一)短时冻土(数小时、数日以至半月)。
(二)季节性冻土:随季节变化而发生周期性冻融的冻土,一般是冬季土层冻结,夏季全部融化。
(三)永久性冻土(多年冻土):至少连续冻结两年以上的土层。根据冻结情况,永久性冻土分为活动层和永冻层两部分——上层是每年夏季融化、冬季冻结的活动层(夏季融水使土壤富含水分,植物可在其上生长);下层是常年处在冻结状态的永冻层。多年冻土绝大部分是第四纪冰时的遗留物。
三、分布
(一)世界:多年冻土主要分布在高纬度和高海拔地区。北半球冻土分布面积最大,广泛分布于北极圈以北的北冰洋沿岸地区,其中俄罗斯和加拿大是冻土分布最广的国家。
(二)我国:我国是第三大多年冻土国,多年冻土主要分布在我国东北地区的北部、西北高山区及青藏高原地区。其中,青藏高原的多年冻土占我国多年冻土总面积的70%。
四、形成条件
1.地下有水;
2.低温;
3.温度季节变化。
五、影响因素
(一)气候
1.大陆性半干早气候较有利于冻土的形成;温暖湿润的海洋性气候不利于冻土的发育。
2.一般来说,纬度越高,温度越低,冻土层越厚,永久冻土的分布范围越广,其上层的活动层越薄,下层的永冻层向地表“生长”,永冻层变厚,永冻层上界的埋藏深度变浅。
(二)地形
1.海拔:一般来说,在高山高原地区,海拔越高,气温(地温)越低,冻土层越厚,永冻层顶面的埋藏深度较浅。
2.坡向:阳坡日照时间长,受热多于阴坡,因而同一高度、不同坡向的冻土深度、分布高度和地温状况都不同,冻土厚度也不同。例如,昆仑山同一高度和同一深度的阴坡地温比阳坡地温要低2—3℃,阴坡冻土厚度大一些,冻土分布下界高度较阳坡低100m。
3.坡度:坡向对冻土发育的影响随坡度减小而减弱。比如,大兴安岭当坡度为20—30°时,南北坡同一高度处的地温相差2—3℃,随着坡度减小,不同坡向的同一高度地温差减小,冻土厚度的差别小一些。
(三)土壤质地
1.砂土导热率较高,易透水,不利于冻土的形成;
2.黏土导热率较低,不易透水,有利于冻土的形成;
3.泥炭的导热率最低,最有利于冻土的发育。
(四)植被和雪盖:冬季,植被和雪盖阻碍土壤热量散失;夏季,植被和雪盖减少地面受热。比如,大兴安岭落叶松、桦树林区和青藏高原的高山草甸地区,植被和雪盖能使地表年温差比附近裸露地面降低4—5℃。因此,有雪盖和植被的地区,地面年温差减小,使冻土永冻层顶面深度变浅,永冻层厚度相对增大,活动层厚度相对减小。
六、冻土厚度分布规律
(一)多年冻土厚度从高纬向低纬逐渐变薄,以至消失:如北极多年冻土厚达1000m以上,年平均地温为-15℃,永冻层顶面接近地面;向南到连续冻土南界,多年冻土厚度减小到100m以下,年平均地温为-3—5℃,永冻层顶面埋藏加深;北纬48°大致是多年冻土的南界,年平均地温接近0℃,冻土厚度仅为1—2m。
(二)多年冻土从高纬向低纬由连续冻土带过渡到不连续冻土带(多年冻土不连续带由许多分散的冻土块体组成,它们被称为岛状冻土)。
(三)中低纬高山高原地区的多年冻土厚度主要受海拔控制,一般来说,海拔越高,气温(地温)越低,冻土层越厚,永冻层顶面的埋藏深度较浅。
七、冻土消融对地理环境的影响
(一)冻土中储存的二氧化碳、甲烷等温室气体释放到大气中,加剧全球气候变暖。
(二)引起地表下沉,影响交通和建筑等设施。
(三)对植被的影响
1.活动层埋藏较浅的地区(如环北极的大部分地区):多年冻土退化导致的地下冰融化,会向地表补充大量水分,促进植物的生长;
2.活动层埋藏较深的地区(如我国青藏高原的大部分地区):多年冻土退化使其对土壤水分的阻隔减弱,土壤水分下渗加大,地表径流减少,而地下冰融化对土壤补充的水分也难以被植物吸收,导致植被退化;
3.纬度高的寒冷地区:当土壤含水量过高时,冬季土壤冻结会导致土层膨胀而升起,连带着植物也抬起,春季冻土解冻时,土层收缩而下沉,但植物留在原位,造成植物根部裸露而死亡。
(四)释放出大量冻存的未知病菌,危害生态系统和人类健康。
八、预防冻土危害的措施
(一)设法减少地下水对路面的影响:比如,抬高路面,使路面远高于两侧地面;在冻土地带架设桥梁等。
(二)控制地下温度:比如,使用片石通风路基、通风管路基、热棒等。