山坡里的「自然冰箱」 凍土究竟長什麼樣？

在河北省平泉縣平房滿族蒙古族自治鄉小茅蘭溝村老西溝的一處山坡上，中國科學院西北生態環境資源研究院凍土工程國家重點實驗室常務副主任牛富俊發現了一個奇特的現象：盛夏時節，山坡表層和土壤下深處不足一米的地方，溫度差竟然達到30℃以上。經分析得出，這是受局地因素及氣候條件影響下的特殊凍土現象。據介紹，早在150年以前，曾有人將此凍土現象用作「自然冰箱」，以保鮮食物。

什麼是凍土？

生活在北方的人有這樣的體會，在冬天，當氣溫降到零度以下，如果你到戶外挖土，就會發現原來鬆軟的土地現在變得十分堅硬，一鍬下去往往只留下一個白點。細心的人會發現在這些堅硬的土裡面含有一些小冰晶，而且如果你不泄氣繼續挖下去，就會發現這層堅硬的土並不十分厚，在它下面還是比較鬆軟的土。這層含有冰晶的土就是凍土。

為什麼會出現這種現象呢？

因為土壤裡面或多或少的都含有水分，但溫度降到零度或零度以下，土壤里的水分就會凝結成冰將土壤凍結，這樣就產生了凍土。但是為什麼我們看到的凍土僅僅是一層，而不是全部凍結呢？原來我們腳下的大地有一個很特別的性質，那就是在它表面溫度是隨深度的增加而降低的，但是到了一定深度它的溫度就不再降低，而是常年保持一個基本恆定的溫度，科學家將這個層稱為恆溫層，在往下因為越來越接近地心，溫度反而逐漸升高。

冰天雪地，含有冰晶的土層

凍土就是一種低於零攝氏度並且含有冰的特殊土體。所以說，凍土不同於黃土、黑土、紅土，它是一種被凍結的土，可以是被凍結的黑土，也可以是被凍結的黃土，當然被凍結的紅土少一些，因為紅土大多發育在南方，而南方溫度低於零度的時候不多。

我國的多年凍土

我國多年凍土分為高緯度和高海拔多年凍土。高緯度多年凍土主要集中分布在大小興安嶺，面積為38～39萬平方公里。高緯度的多年凍土是歐亞大陸多年凍土南緣，平面分布服從緯度地帶性規律，即越往海拔高的地方凍土面積越大，厚度越厚。 高海拔多年凍土分布在青藏高原、阿爾泰山、天山、祁連山、橫斷山、喜馬拉雅山，以及東部某些山地，如長白山、黃崗梁山、五台山、太白山等。高海拔多年凍土形成與存在，受當地海拔高度的控制。

中國凍土分布圖

季節凍土和多年凍土

多年凍土

凍土分為季節凍土和多年凍土，天氣變暖時會融化的凍土，我們稱這種凍土為季節凍土。除此之外，有些地方還有一種能夠持續多年不化的凍土，那就是多年凍土，比如在北極或者青藏高原，因為那裡常年溫度都在零度以下，所以凍土就會保持常年不化，在比較溫暖的年份，融化的也僅僅是表面一小層。 凍土的存在主要受溫度的影響。越往緯度高的地方溫度就越低，因為南半球陸地面積少，所以多年凍土主要分布在亞歐大陸和北美洲的北部。同時我們還知道，越往高處溫度就越低，在一些高山上那裡的溫度常年也低於零度，所以中低緯度的高山和高原上也存在多年凍土，如美洲的安第斯山脈，非洲的乞立馬扎羅山以及我國的青藏高原。

青藏高原上的凍土

人類活動大多集中在溫暖地區或低海拔平原地帶，所以對於凍土的認識不是很多，但是隨著人類活動空間的擴大以及對資源需求的增多，人類逐漸將目光投向了太空、海洋和寒冷的極區。如近四、五十年來，美國、英國、加拿大等國為解決能源危機，加緊開發北極和北極近海的石油和天然氣。但是包括多年凍土在內的寒區有著自己獨特的環境特性，它是一個很脆弱的環境體系，一旦遭到破壞就無法挽回。

凍土地貌

熱融滑塌

邊案熱融滑塌

這種現象最早發現於青藏高原風火山。養路工人取土修路，使路邊斜坡下的地下冰層暴露，夏天暴露的冰層融化，上覆草皮和土層失去支承而塌落下來，冰層融水稀釋了塌落的物質，並在重力作用下沿著斜坡緩緩下滑。這樣地下冰層繼續融化，上邊土層繼續滑塌，並使新的冰層繼續露出，這樣幾經反覆，經過幾個夏天，這種滑塌就會到達坡頂。

凍融泥流

熱融湖塘

凍脹丘

冬季季節融化層，由上而下和由下而上凍結，過水斷面縮小，凍結層上水處於承壓狀態，同時凍結過程中水分發生遷移產生聚冰層。隨凍結面向下發展，當凍結層上水的壓力大於上覆土層強度時，地表就發生隆起，便形成凍脹丘（也稱冰皋）。

凍脹丘是我國凍年凍土區經常可以看到的一種凍土地貌。凍脹丘底部的直徑由幾米到幾十米，高1到2米，有的可大3～5米。凍脹丘表面經常存在縱橫交錯的裂隙。我國已知最大的凍脹丘在青藏公路62道班，它底部直徑40～50米，高達20米。

凍脹表面裂隙

季節性凍脹丘

出品：科普中國

製作：熱力山林團隊

監製：中國科學院計算機網路信息中心

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