一、概念
凍土是在高緯度和高山高原地區形成0℃或0℃以下,且含冰的凍結土層。
二、分類
(一)短時凍土(數小時、數日以至半月)。
(二)季節性凍土:隨季節變化而發生周期性凍融的凍土,一般是冬季土層凍結,夏季全部融化。
(三)永久性凍土(多年凍土):至少連續凍結兩年以上的土層。根據凍結情況,永久性凍土分為活動層和永凍層兩部分——上層是每年夏季融化、冬季凍結的活動層(夏季融水使土壤富含水分,植物可在其上生長);下層是常年處在凍結狀態的永凍層。多年凍土絕大部分是第四紀冰時的遺留物。
三、分布
(一)世界:多年凍土主要分布在高緯度和高海拔地區。北半球凍土分布面積最大,廣泛分布于北極圈以北的北冰洋沿岸地區,其中俄羅斯和加拿大是凍土分布最廣的國家。
(二)我國:我國是第三大多年凍土國,多年凍土主要分布在我國東北地區的北部、西北高山區及青藏高原地區。其中,青藏高原的多年凍土占我國多年凍土總面積的70%。
四、形成條件
1.地下有水;
2.低溫;
3.溫度季節變化。
五、影響因素
(一)氣候
1.大陸性半干早氣候較有利于凍土的形成;溫暖濕潤的海洋性氣候不利于凍土的發育。
2.一般來說,緯度越高,溫度越低,凍土層越厚,永久凍土的分布范圍越廣,其上層的活動層越薄,下層的永凍層向地表“生長”,永凍層變厚,永凍層上界的埋藏深度變淺。
(二)地形
1.海拔:一般來說,在高山高原地區,海拔越高,氣溫(地溫)越低,凍土層越厚,永凍層頂面的埋藏深度較淺。
2.坡向:陽坡日照時間長,受熱多于陰坡,因而同一高度、不同坡向的凍土深度、分布高度和地溫狀況都不同,凍土厚度也不同。例如,昆侖山同一高度和同一深度的陰坡地溫比陽坡地溫要低2—3℃,陰坡凍土厚度大一些,凍土分布下界高度較陽坡低100m。
3.坡度:坡向對凍土發育的影響隨坡度減小而減弱。比如,大興安嶺當坡度為20—30°時,南北坡同一高度處的地溫相差2—3℃,隨著坡度減小,不同坡向的同一高度地溫差減小,凍土厚度的差別小一些。
(三)土壤質地
1.砂土導熱率較高,易透水,不利于凍土的形成;
2.黏土導熱率較低,不易透水,有利于凍土的形成;
3.泥炭的導熱率最低,最有利于凍土的發育。
(四)植被和雪蓋:冬季,植被和雪蓋阻礙土壤熱量散失;夏季,植被和雪蓋減少地面受熱。比如,大興安嶺落葉松、樺樹林區和青藏高原的高山草甸地區,植被和雪蓋能使地表年溫差比附近裸露地面降低4—5℃。因此,有雪蓋和植被的地區,地面年溫差減小,使凍土永凍層頂面深度變淺,永凍層厚度相對增大,活動層厚度相對減小。
六、凍土厚度分布規律
(一)多年凍土厚度從高緯向低緯逐漸變薄,以至消失:如北極多年凍土厚達1000m以上,年平均地溫為-15℃,永凍層頂面接近地面;向南到連續凍土南界,多年凍土厚度減小到100m以下,年平均地溫為-3—5℃,永凍層頂面埋藏加深;北緯48°大致是多年凍土的南界,年平均地溫接近0℃,凍土厚度僅為1—2m。
(二)多年凍土從高緯向低緯由連續凍土帶過渡到不連續凍土帶(多年凍土不連續帶由許多分散的凍土塊體組成,它們被稱為島狀凍土)。
(三)中低緯高山高原地區的多年凍土厚度主要受海拔控制,一般來說,海拔越高,氣溫(地溫)越低,凍土層越厚,永凍層頂面的埋藏深度較淺。
七、凍土消融對地理環境的影響
(一)凍土中儲存的二氧化碳、甲烷等溫室氣體釋放到大氣中,加劇全球氣候變暖。
(二)引起地表下沉,影響交通和建筑等設施。
(三)對植被的影響
1.活動層埋藏較淺的地區(如環北極的大部分地區):多年凍土退化導致的地下冰融化,會向地表補充大量水分,促進植物的生長;
2.活動層埋藏較深的地區(如我國青藏高原的大部分地區):多年凍土退化使其對土壤水分的阻隔減弱,土壤水分下滲加大,地表徑流減少,而地下冰融化對土壤補充的水分也難以被植物吸收,導致植被退化;
3.緯度高的寒冷地區:當土壤含水量過高時,冬季土壤凍結會導致土層膨脹而升起,連帶著植物也抬起,春季凍土解凍時,土層收縮而下沉,但植物留在原位,造成植物根部裸露而死亡。
(四)釋放出大量凍存的未知病菌,危害生態系統和人類健康。
八、預防凍土危害的措施
(一)設法減少地下水對路面的影響:比如,抬高路面,使路面遠高于兩側地面;在凍土地帶架設橋梁等。
(二)控制地下溫度:比如,使用片石通風路基、通風管路基、熱棒等。
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