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【地理】专题突破|冻土是什么?分布在哪里?怎么考?

阅读量:3709888 2019-10-23




聪明出于勤奋,天才在于积累
自从进入新千年以来,整个北极圈的冻土层均出现了消融迹象。虽然北极圈内的冻土总量并未减少,但是永久冻土层正逐渐转化成季节性冻土。
01
什么是冻土?
冻土层,亦作冻原或苔原,意思是“无树的平原”。在自然地理学中指由于气温低、生长季节短,而无法生长出树木的环境;而在地质学中指零摄氏度以下,并含有冰的各种岩石和土壤。

冻土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,指持续二年或二年以上冻结不融的土层)。地球上多年冻土、季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50%,其中,多年冻土面积占陆地面积的25%。

如果土层每年散热量比吸热量多,冻结深度大于融化深度,多年冻土逐渐变厚,称为发展的多年冻土,处于相对稳定状态;如果土层每年吸热量比散热量多,地温逐年升高,多年冻土层逐渐融化变薄以至消失,处于不稳定状态,则称为退化的多年冻土。
冻土一般分布于高纬地区和高山上部,一部分广泛分布于北极圈以北的北冰洋沿岸地区,包括欧亚大陆和北美大陆的极北部分和北冰洋的大部分岛屿,东西延展呈带状分布,并且在南美洲也有分布。

由于人类活动大多集中在温暖地区或低海拔平原地带,所以对于冻土的认识较少。但随着人类对资源需求的增多,人类逐渐将目光投向了太空、海洋和寒冷的极区。但包括多年冻土在内的寒带气候区有着独特的环境特性。冻土区气候严寒,植被以苔藓、地衣为主,草本植物和灌木较少,生态环境十分脆弱。因此,永久冻土带消融,会对全球环境产生影响,也越来越被人们所关注。
02
冻融作用

在寒冷气候条件下,土壤或岩层中冻结的冰在白天融化,晚上冻结,或者夏季融化,冬季冻结,这种融化、冻结的过程称为冻融作用。
冻融作用有冻融风化,冻融扰动和冻融泥流等三种表现形式。
冻融风化
冻融风化是指土层或岩层裂缝中的水,在冬季或夜晚温度下降发生冻结时把岩石涨裂,并因冻结膨胀产生压力而把裂缝附近的岩石压碎成块石和更细的物质,它是冻土区一种最普遍的冻融作用形式.
冻融扰动
冻融扰动是指在多年冻土活动层内发生的,因受冻涨挤压而引起的一种土层结构的塑性变形现象。
冻融泥流
冻融泥流是指冻土层上部解冻时,融化的水使松散土层达到饱和状态,这种饱含水的土层因具有可塑性,在中立作用下发生沿斜坡蠕动的现象。

03
1.我国是世界第三冻土大国
具有负温和零度,又其中含有冰的各种土(岩)称冻土。冬天冻结,夏天完全融化的土(岩)层叫季节冻土;冬季冻结,一、两年内不融化的土(岩)层为融年冻土;冻结状态持续三年以上的土(岩)层称为多年冻土(以下简称冻土)。
地球上多年冻土面积约占陆地的20%。由世界多年冻土分布图上可以看出,多年冻土主要分布在欧洲及亚洲的北部、北美洲、北极洋浅大陆架,以及中低纬度地区的高山、高原。例如,洛基山、安第斯山、乞力马扎罗山及我国的青藏高原等。

让我们打开全球多年冻土家族的户口,看一看我国的多年冻土在这个家族中排行老几?
老大是苏联,它的多年冻土面积约1000万平方公里,约占本国领土面积的48%;加拿大多年冻土面积为390~490万平方公里,占它国土的40~50%;我国的多年冻土面积约215万平方公里,也就是说,约有22%的国土被多年冻土所占据;美国的多年冻土为140万平方公里,占它国土的15%左右。由上述所列数字看出,我国在全球多年冻土的家族中,排行应该是老三。
再有像丹麦、挪威、芬兰、冰岛、日本等也零星存在多年冻土,与前面四个国家相比,其面积小得多,当是冻土家族中的小弟弟。
我国冻土地区有着丰富的矿藏及森林资源。建国以来,随社会主义建设事业的开展,冻土地区的自然资源得到了迅速的开发利用,特别是东北大小兴安岭森林资源的开发与青藏公路的修建,为我国冻土研究提供了丰富的资料,并为寒区建设积累经验,推动了冻土科学研究的发展。
六十年代初,许多科研单位、生产部门、高等院校等先后设立了专门的冻土研究机构,并开始对青藏高原、大小兴安岭及祁连山、天山等地区进行了较系统的冻土科学考察及室内试验研究,它标志着我国冻土科学研究跨进了兴旺发展的阶段。

七十年代以来,结合大兴安岭松树区与南疆铁路和公路、青藏输油管道、祁连山矿山、三北水利工程、两淮冻结凿井等,较全面系统地开展了区域冻土、工程冻土、冻土物理力学、室内模拟与现场实体工程试验研究,在这些领域里积累了一大批实际资料。
在此基础上使我们初步认识了我国青藏高原、西部高山、东北大小兴安岭多年冻土的基本特征及其发育规律;提出了一套冻土力学参数,成为正确确定冻土地区工程建筑原则与基础设计必不可少的依据;同时,对于各种冻土工程,包括道路、水利、给排水管道、工业民用建筑、矿山开采等工程防冻害措施的研究及其经验积累均有长足进展。
至此,包括区域冻土、历史冻土、冻土物理力学及工程冻土的一门独立冻土学科,在我国已基本形成。它说明我国冻土学的理论研究日趋成熟完善,冻土应用研究迅速发展。
1978年10月,在兰州召开了全国第一次冻土学术会议;这一年我国冻土代表团首次参加国际第三届冻土学术会议;1983年又派由20人组成的代表团参加第四届国际冻土学术会议,向大会提交学术论文42篇,论文涉及内容之广,讨论问题之深引起了与会代表的极大关注,标志着我国冻土学的研究跨入了世界先进行列,成为名符其实的冻土大国。
2.东北大小兴安岭冻土区是欧大陆多年冻土的延续
欧亚大陆是全球面积最大的大陆,它的多年冻土面积也是最大的,据统计约为1500~1600万平方公里。
欧亚大陆冻土西起挪威、芬兰,东到苏联远东最东端——白令海峡沿岸,几乎与半个极圈(66°30′)相等;北自苏联的北极岛(N82°),南抵我国松嫩平原北部,跨越近35个纬度。它包括挪威、芬兰、苏联、蒙古和我国大小兴安岭的冻土。
欧亚大陆冻土不仅面积是全球最大,而且就其发育程度来说,也名列其它大陆之首。
让我们自南而北作一次考察,了解一下冻土发育状况。由我国松嫩平原北缘城市——嫩江出发北行,如果边走边进行坑探,在沼泽化的甸子地有时即可见到残留冻土岛,这表明已进入欧亚大陆多年冻土南缘。
通常把分布在最南的冻土岛的连续线称为冻土南界。继续北行200多公里到加格达奇,这里年平均气温为零下1.6℃,河漫滩沼泽地上经常能见到冻土岛。
冻土岛面积由十几平方米增大到几十或几百平方米,或至数平方公里。但冻土温度还比较高,不低于零下1.0℃,冻土岛厚度达到10多米。
我们乘火车继续北上,经过新林、塔河、阿木尔,到我国铁路线的最北端——古莲。若是冬天,一路上银装素裹,到了名符其实的林海雪原。这里年平均气温为-5.0℃以下,元月平均气温为-30℃,素有我国寒极之称。因此,这里是我国大小兴安岭多年冻土最发育的地区。
冻土岛逐渐增大相连呈片状分布;冻土厚度增厚到50~120米,温度达到零下0.5~2.5℃。
再往北行经过我国最北村镇——北极村(漠河),穿过黑龙江,越过苏联中西伯利亚山地,来到苏联东方著名城市——雅库斯克。这里已是北纬62度,年平均气温为零下11℃,自然景色与南边相差很大。
但由于气温下降,多年冻土连续分布,冻土层厚度增到100~300米,冻土温度降至零下1.0~3.0℃。继续北行,进入极圈(66°30′)地区,古树参天的林海不见了,展现在眼前的是一片苔原景色。由于气温又下降了两三度,因此冻土增厚到200~600米,乃至1000米,冻土温度降至零下3~5℃。
再往北走,就到了此行的终点——北极洋沿岸(N72~74度)。这里是极地长寒气候,年平均气温低于零下15度,最冷月平均气温到达零下38~40度。
因气候极为严寒,使得这里成为欧亚大陆多年冻土最发育的地区。冻土层厚达400~900米,冻土温度低达零下5~9℃,据资料记载,世界冻土厚度之冠1400米的记录就出现在这一带。

3.举世无双的青藏高原冻土区
素有地球第三极之称的青藏高原,以其巨大的海拔高度、独特的地质地貌和自然环境著称于世界。
但是,你可曾想到,在200~300百万年以前,青藏高原的自然面貌并非今天这样。那时它只有海拔1000多米,就是喜马拉雅山和高原上的其它山脉,当时也只不过是1500~3000米。受来自印度洋暖润气流影响,温暖湿润的气候给大自然带来了生机。
山上林海松涛,山下水草繁茂,群芳争艳,流水潺潺,这幽静的湖光山影吸引了许多飞禽走兽来此定居,就是印度恒河流域的三趾马也不惜千里迁居这里。
由于印度板块与欧亚板块相撞,在近200~300百万年以来,青藏高原经过多次差异隆升,形成现今举世瞩目的、海拔达到4,500~5,000米的大高原。
随着强烈隆升,高原气候条件及自然环境发生了一系列重大改变。青藏高原多年冻土的形成及存在,就是高原形成过程中自然环境变革的产物。
青藏高原西起帕米尔,东止横断山;北自昆仑山,南至喜马拉雅山,方圆约200万平方公里,南北跨越近10个纬度。高原之广阔和它与其四周毗邻地区悬殊的海拔高度之差,给它的多年冻土的形成和发育带来了一系列的特点。
首先是由于高原南北跨越10个纬度,自南而北气候及其自然因素具有一定的纬向变化。因此,高原冻土也展现出相应的变化规律。高原多次差异抬升,使整个高原面貌呈现出山地、盆地、谷地相间出现的格局。山地、盆地、谷地各自的形成时期、地质结构和组成物质,对冻土发育状况产生了巨大的影响。这些影响与冻土的纬向变化交织在一起,使高原冻土的纬度地带特征受到破坏与干扰。
青藏高原边缘地区,峡谷深切,地形相对高差由数百米增加到千米以上。边缘地带冻土的发育及形成,主要受海拔高度因素的控制,更多的表现出高度地带规律。
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