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            自然科普:凍土是什么土?
            發布時間:2022-09-30
            瀏覽次數:530

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            生活在北方的人有這樣的體會,在冬天,當氣溫降到零攝氏度度以下,如果你到戶外挖土,就會發現原來松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,在這些堅硬的土里面含有一些小冰晶,而且如果你不泄氣繼續挖下去,就會發現這層堅硬的土并不十分厚,在它下面還是比較松軟的土。這層含有冰晶的土就是凍土。

            圖1 凍土帶

            (圖片來源:veer圖庫)

            為什么會出現凍土?

            土壤里面或多或少都含有水分,當溫度降到零度或零度以下,土壤里的水分就會凝固成冰,將土壤凍結,這樣就產生了凍土。

            但是為什么我們看到的凍土僅僅是一層,而不是全部凍結呢?

            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,但是到了一定的深度,它的溫度就不再降低,而是常年保持一個基本恒定的溫度??茖W家將這個層稱為恒溫層,恒溫層下面的土層因為越來越接近地心,溫度反而逐漸升高。

            這樣一來,我們就可以得到結論:凍土就是一種低于零攝氏度并且含有冰的特殊土體。

            所以說,凍土不同于普通的黃土、黑土和紅土,它是一種被凍結的土,被凍結的可以是黑土,也可以是黃土,當然,被凍結的紅土少一些,因為紅土大多存在于南方,而南方溫度低于零攝氏度的時候不多。

            圖2 土地溫度隨深度的變化

            (圖片來源:參考文獻[1])

            凍土可不止一種

            我們上文所說的凍土只是凍土的一種,當天氣變暖的時候,這種凍土就會融化,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。在北極或者青藏高原,因為那里的溫度常年都在零攝氏度度以下,凍土就會常年不化,即使在比較溫暖的年份,融化的也僅僅是表面一小層。

            圖3 多年凍土

            (圖片來源:維基百科)

            我國的凍土分布

            我國的多年凍土分為高緯度多年凍土和高海拔多年凍土。

            高緯度多年凍土主要集中分布在大小興安嶺,面積為38~39萬平方千米。高緯度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,即海拔越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、五臺山、太白山等。高海拔多年凍土的形成與存在受當地海拔高度的控制。

            圖4 喜馬拉雅山

            (圖片來源:維基百科)

            多年凍土之旅

            現在讓我們由松嫩平原北部城市嫩江出發,自南向北做一次世界多年凍土的考察。

            在嫩江,我們會發現很多一塊一塊的凍土區域,這表明我們已經到達了多年凍土的南界。我們繼續北上,到達我國鐵路的最北端,就會發現原來呈塊狀出現的凍土已經連成了一片,凍土厚度也增加到了50~120米。

            繼續往北走,進入北極圈,我們會發現原來的參天古樹不見了,隨之而來的是一片苔原景色,在這里,凍土厚度已經增加到了200~600米,有的地方甚至達到了1000米。

            再往北走就到了此行的終點——北冰洋沿岸,這里的氣候極為嚴寒,凍土層厚達400~900米,這里是世界上凍土厚度最厚的地方,最厚處可達1400米。

            當然,除了這些地方,還有很多地方存在凍土。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。我們還知道,越往高處溫度就越低,因此一些高山上的溫度常年也低于零攝氏度,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等。

            圖5 全球冰凍圈,其中圖示部分的后3項為全球永久凍土分布

            (圖片來源:聯合國環境規劃署)

            結語

            在生活中,我們認識凍土的機會并不是很多,但是厚層地下冰是各類工程建筑物遭受破壞的主要原因,凍土區生態又十分脆弱,極易受外界的干擾破壞。因此,研究凍土是維護凍土生態安全、促進凍土區重大工程建設和災害預防的前提。保護凍土,需要你的支持。

            參考文獻:

            [1] Ashrafian, Touraj & Moazzen, Nazanin & Haghlesan, Masoud. (2011). Human Comfort in Underground Buildings.

            出品:科普中國

            作者:地球故事團隊


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