最全的高中地理冻土、冻融泥石流、冻融荒漠化知识点总结,适合打印和收藏!

发布于 2021-03-30 21:22 ，所属分类：知识学习综合资讯

现在世界上所见到的多年冻土绝大部分是第四纪冰时的遗留物。【北极的最老多年冻土大约在60万年前就已形成，西伯利亚的多年冻土的年代距今也有10万年】

在间冰期时，虽然在许多地方的冻土全部或部分融化了，但在高山和高纬的气温很低的大陆性气候区，仍保留了大面积冻上，这部分没有融化而保存下来的冻土称为残留冻土。

此外，还有一多分冻土是全新世以来形成的。【例如在冰后期大陆冰盖退却后发育的冻土和在全新世地层中形成的冻土。西西伯利亚北部，2000~3000年前寒冷期形成新的多年冻土与残留的多年冻土衔接在一起；在南部，新形成的多年冻土与下部残留多年冻土还没有衔接上，中间夹有一层融化层而成双层多年冻土结构】

冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。一般可分为短时冻土（数小时/数日以至半月）/季节冻土（半月至数月）以及多年冻土（又称永久冻土，指的是持续二年或二年以上的冻结不融的土层）。

冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：冻胀和融沉。随着气候变暖，冻土在不断退化。

多年冻土的厚度从高纬到低纬逐渐减薄，以至完全消失。【例如，北极的多年冻土厚达1000m以上，年平均地温为-15℃，永冻层的顶面接近地面。向南，到连续冻土的南界，多年冻土厚度减到100m以下，年平均地温为-3~-5℃，永冻层的顶面埋藏加深。大致在北纬48°附近是多年冻土的南界，这里年平均地温接近0℃，冻土厚度仅为1~2m。】

多年冻土从高纬到低纬不仅厚度变薄，而且由连续的冻土带过渡到不连续的冻土带。多年冻土不连续带是由许多分散的冻土块体组成，这些分散的冻土块体称为岛状冻土。

中、低纬度的高山、高原地区，多年冻土的厚度主要受海拔控制。一般来说，海拔愈高，地温愈低，冻土层愈厚，永冻层顶面埋藏深度也较浅。【海拔每升高100~150m，年平均地温约降低1℃，永冻层顶面埋藏深度减小0.2-0.3m】

多年冻土的厚度虽然受纬度和高度的控制，但在同一纬度和同一高度处的冻土厚度还有差别，这和其他自然地理条件有关。

气候的影响

大陆性半干旱气候较有利于冻土的形成，而温暖湿润的海洋性气候不利于冻土的发育。【在欧亚大陆内部的半干旱气候区的冻土南界（北纬47°）比受海洋性气候影响较大的北美冻土南界（北纬52°）要更南一些。另外，在纬度和高度相同的条件下，大陆性半干旱气候区的冻土厚度比海洋性气候区的要大。】

岩性的影响

砂土导热率较高，易透水，不利于冻土的形成。

黏土导热率较低，不易透水，有利于冻土的形成。

泥炭的导热率最低，最有利于冻土的发育。

坡向、坡度的影响

坡向和坡度直接影响地表接受太阳辐射的热量。

阳坡日照时间长，受热多于阴坡，因而在同一高度、不同坡向冻土的深度、分布高度和地温状况都不同，冻土的厚度也不同。【根据观测，昆仑山西大滩不同坡向的山坡，在同一高度和同一深度的阴坡地温比阳坡地温要低2~3℃，阴坡冻土的厚度也要大一些，冻土分布下界高度较阳坡低100m。坡向对冻土发育的影响还随坡度减小而减弱，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，冻土厚度的差别也要小一些】

植被、雪盖的影响

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。因此，在有雪盖和植被的地区，地面年温差减小。【例如大兴安岭落叶松、桦树林区和青藏高原的高山草甸地区，能使地表年温差比附近裸露地面降低4~5℃，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】

什么是多年冻土?

所谓多年冻土（permafrost），是指持续多年冻结的土石层。一个典型的多年冻土见图1: 地表有一些覆盖物（土壤或一些植被），这一层一般会季节性的消融和冰冻，温度变化较为剧烈，所以叫活动层（图1，2）。在其之下是多年冰封的岩石或土壤（图1白灰色部分），即多年冻土，他们的温度较为稳定，维持在0摄氏度以下。所以一般人站在地上是看不到多年冻土层的。有多年冻土的区域大概占北半球陆地的24%，其不止是在极地区域，也分布在高山等海拔较高的区域（比如我国青藏高原地区）。

图1. （左侧）一个典型的极地区域的多年冻土层（自挪威），图自JeffVanuga/Getty。（右侧）冬季和夏季时冻土层和活动层的垂向温度。

冻土是指在0℃以下并含有冰的各种岩土和土壤。温度在0℃以下不含冰的岩土和土壤称作寒土或冷土。

按土的冻结状态保持时刻的长短，冻上一般可分为短时冻土、季节冻土及多年冻土三种类型。

我国的自然地理环境决定多年冻土形成与存在。多年冻土分为高纬度多年冻上和高海拔多年冻土两种。多年冻土的形成是由纬度和海拔高度所决定的。

冻土层的厚度从高纬到低纬逐渐减薄，以至完全消失。例如，北极的多年冻土厚达百米到千米（图2）。永冻层的顶面接近地面。逐渐向南，多年冻土厚度减到100m以下，永冻层的顶面埋藏变深。大致北纬48°附近是多年冻土的南界，冻土厚度仅1～2m。超过这一界限，就从连续冻土带过渡到不连续冻土带（图2）。后者由许多分散的冻土块体组成，这种分散的冻土块体称为岛状冻土块（图2）。

图2. 多年冻土层从高纬度（左）向低纬度（右）的变化示意图。

全球变化下的多年冻土

多年冻土近年来受到非常多的关注和警惕，首先是因为地表温度在北极和北半球高纬度陆地地区上升非常剧烈，这个现象一般被称作“北极放大”现象。从全球地表温度长期趋势图中（图3）可以非常明显的看到，全球气温上升最快的区域在北极地区和北半球陆地。平均而言北极气温变化趋势是全球平均趋势的2倍！为什么会发生“北极放大”现象依然是一个前沿的研究话题。但陆地变暖速率比海洋上变暖剧烈很好理解：陆地比热容比海洋小，在同样的太阳能量照射下，陆地升温更为剧烈。

图3.1970-2018年全球地表温度上升幅度。

全球地表温度上升最快的区域正是多年冻土主要分布的区域！受全球变暖驱动，冻土层也在不断变暖！图4为过去十年北极地区连续性冻土层、高山冻土层的温度变化。可以看到仅仅10年时间，北极冻土层温度上升了约0.4摄氏度；高山冻土层温度上升了约0.2摄氏度。相比而言，全球平均地表温度过去10年只上升了约0.15摄氏度。

图4.过去十年北极地区连续性冻土层（上）以及高山冻土层（下）的温度变化。图自Biskabornet al. 2019。

多年冻土：另一个潘多拉魔盒?

多年冻土以及冰盖冰川等相当于地球的“冰箱”：就像家里的冰箱温度低所以食物等有机物质的储存时间较长，所以大量生物包括动物遗体、植物、微生物等被“冰封”到多年冻土里面。两极冰盖封存的东西反而少，因为很少有生物可以在极地生存，南北极地区域大部分区域都是无人、无生物区。可以想象，如果冻土融化，其中封存的东西将被释放出来！那么，这将打开一个“百宝箱”，还是一个“潘多拉的魔盒”呢？？很不幸，大概率是后者：

1、释放温室气体，加剧全球变暖。很多多年冻土中富含有机物（长久以来上层动植物死亡后被埋在地底），冰冻可以减缓永冻层内的有机物分解（参照冰箱里的蔬菜和肉坏的慢）。

2、破坏土地稳定性，破坏上层建筑和设施。在接近极地和中低纬度高山区域，很多设施比如公路、房屋等都建设在多年冻土之上。据估计，全球大约350万人生活在多年冻土或邻近区域。一旦多年冻土开始部分消融，上层土地开始变得非常不稳定，滑坡等地质灾害必然会加快，破坏建造在其上的设施。

图5. 多年冻土融化破坏其上的道路（加拿大）

（图自Yellowknife.RyersonClark/iStock）。

3、释放出封存在其内的各种污染物、微生物。一最近发表在GRL的一个研究表明：北半球的多年冻土储存了超过150万加仑的汞：这个量是大气、海洋、其余土壤中全部汞含量的两倍（Schusteret al. 2018）！多年冻土的消融将导致这些汞的释放，威胁全球生物和人类，而过去几十年已经观测到了全球多年冻土在释放汞。（成里京）

冻土是指温度在0℃或0℃以下，含有冰的土层或岩层，分为季节冻土和多年冻土．我国科学家考察了全球变暖对青藏高原多年冻土的影响及其产生的后果．

冻土地貌

多年冻土区的地貌形成与冻融作用直接相关。

冻融作用：是指冻土层中的水在气温周期性的正负变化影响下，不断发生相变和迁移，使土层反复冻结融化，导致士体或岩体的破坏、扰动和移动的过程。由冻融作用形成的各种地貌，称冻土地貌。

石海、石河和石冰川

石海

石海：在寒冻风化作用下，岩石遭受寒冻崩解，形成巨石角砾，就地堆积在平坦的地面上。

形成条件：

①气温经常在0℃上下波动，日温差较大，并有一定湿度，使岩石沿节理反复寒冻崩解。

②地形较平坦，地面坡度小于10°，可使寒冻崩解的岩块不易顺坡移动而保存在原地。

③坚硬而富有节理的块状岩石，如花岗岩、玄武岩和石英岩等，在寒冻作用下常崩解成大块岩块，得以保留在原地。

石海形成后，组成石海的大石块很少移动。同时，石海中又缺少细粒物质而水分较少，冻融分选难以进行，这样石海能长期保存下来。石海常在同一走向、同一岩性和一定高度的山坡上部发育，有一条平整的界限，称石海线。【例如昆仑山的石海线是4900m。石海线比同期雪线高度要低200~300m或400~500m。石海线可大致确定古雪线的高度，石海线是一条重要的气候地貌界线】

石河

石河：在山坡上寒冻风化产生的大量碎屑滚落到沟谷里，堆积厚度逐渐加大，在冻融和重力作用下发生整体运动形成。

石河运动是石块沿着湿润的碎屑下垫面或永冻层的顶面在重力作用下移动，这里温度变化起着重要作用，它会引起碎屑空隙中水分的反复冻结和融解，导致碎屑的膨胀和收缩，促使石河向下运动。

石河运动速度较低，但中央部分流速比两侧流速要快。湿润气候区的石河流速比干燥气候区的要快，石河中的岩块经长期运动，可以搬运到山麓停积下来，形成石流扇。

石河停止运动是气候转暖的标志之一。【当石河不再移动时，角砾表面开始生长地衣苔藓，有时在石河上生长树木或堆积新沉积物。这些石河一般多分布在现在多年冻土的南界（北半球高纬地带）或高山冻土的下界附近】

石冰川

石冰川：当冰川退缩后，聚集在冰斗和冰川槽谷中的冰破物，在冻融作用下顺谷地下移形成。

石冰川分布在高山森林线以上，由尖角岩屑组成，平面形状很像冰川舌。石冰川的纵剖面常呈上凸的弧形，横剖面中部突起。它的长度一般可达300~400m，宽100m左右。【阿拉斯加最大的石冰川长达3km，末端堤高60m。】

多边形构造土

在第四纪松散沉积物的平坦地面上，由冻融和冻胀作用，地面形成多边形裂隙，构成网状，称为多边形构造土。

从地表平面看，裂隙组成多边形，从剖面上看，裂隙呈楔形。

根据楔子内填充物的不同，又分为冰楔和砂楔。

冰楔

冰楔：在多年冻土区，地表水周期性注入到裂隙中再冻结，使裂隙不断扩大并为冰体填充，剖面成为楔状，称为冰楔。

冰楔的形成先是地表形成裂隙，地表水注入再冻结而成脉冰，由于脉冰常深入到永冻层中，到温暖季节，上部活动层的脉冰融化消失，永冻层中的脉冰则仍然存在。到了寒冷季节冻土又发生体积不均衡膨胀，原有的裂隙不断扩大。到来年夏季又在裂隙中注入水分，冬季再冻结胀裂，如此反复作用，就形成冰楔。

冰楔形成的条件：

①有深入到永冻层中的裂隙，并为脉冰所填充。

②冰楔的围岩是可塑性的，水在裂隙中才能冻结、膨胀，围岩不断受挤压变形，冰楔不断展宽。

③需要严寒的气候条件，年平均温度一般为-6~-3℃。

砂楔（古冰楔）

砂楔与冰楔形态相似，但裂隙中填充的不是脉冰，而是松散的砂土，叫砂楔。

砂楔可从冰楔演变而来，当冰楔内的脉冰完全融化后，砂土代替冰体填充于楔内，形成砂楔，所以又把砂楔看成古冰楔。

石环、石圈和石带

石环

石环：是由细粒土和碎石为中心，周国由较大砾石为圆边的一种环状冻土地貌。【它们在极地、亚极地以及高山地区常有发育】

石环的直径一般为0.5~2.0m，在极地地区可达十余米。

石环是冻土中颗粒大小混杂的松散砂砾层，由于饱含水分，经频繁的冻融交替，产生物质分异形成的。

活动层中的大小混杂的砂砾，冬季，先从地面冻结，砂砾层孔隙中的水冻结膨胀，地面和砂砾层中的砾石一起被抬高，砾石的下部尚未冻结而出现空隙，砂土填入或水渗入形成冰透镜体。夏季，活动层上部解冻，由于砾石和砂土的导热率不同，砂土中的冰先融化，地面逐渐回降到原来位置，但砾石下部仍为冻结状态，这时一些大颗粒碎石或砾石却比周围含水砂土位置相对升高。等砾石下部冰开始融化时，砾石周围的砂土向砾石下部移动，填垫在砾石下部，当活动层全部融化后，砾石却相对抬升了一段距离，在这种冻融过程反复作用下，大的石块或砾石就逐渐被顶托到地面。