極寒之地的凍土（上）

郭艷 鄧全貴

隨著活動空間的擴(kuò)大以及對資源需求的增加，人類逐漸將目光投向了太空、海洋和寒冷的極區(qū)。如近四五十年來，美國、英國、加拿大等國為解決能源危機(jī)，加緊開發(fā)北極和北極近海的石油和天然氣。但是包括多年凍土在內(nèi)的寒區(qū)有著自己獨(dú)特的環(huán)境特性，它是一個(gè)很脆弱的環(huán)境體系，一旦遭到破壞就無法挽回。所以在開發(fā)凍土區(qū)前，我們必須了解它。

一、什么是凍土

凍土是指零攝氏度以下并含有冰的各種巖石和土壤。一般可分為短時(shí)凍土（數(shù)小時(shí)/數(shù)日以至半月）、季節(jié)凍土以及多年凍土。

季節(jié)凍土隨季節(jié)變化而發(fā)生周期性的融凍，冬季土層凍結(jié)，夏季全部融化。

多年凍土指多年處于凍結(jié)狀態(tài)的土層，或至少連續(xù)兩年處于凍結(jié)狀態(tài)的土層。

多年凍土區(qū)的凍土可分為上下兩層，上層是夏融冬凍或是晝?nèi)谝箖龅幕顒訉?，下層是多年凍結(jié)不融的永凍層?；顒訉拥暮穸入S緯度和高度的增大而減小，它的凍融深度與每年冬夏季節(jié)的溫度有關(guān)。

二、凍土典型地貌

【冰核丘】

凍土層中常夾有未凍結(jié)層，未凍結(jié)層中的水分在地下慢慢凝結(jié)成冰體，使地面膨脹隆起，形成冰核丘，又稱凍脹穹丘。穹丘的隆起量可達(dá)五十米以上，上有火口狀下陷。

冰核丘的規(guī)模大小不等。一年生的冰核丘的規(guī)模較小，高只有數(shù)十厘米至數(shù)米;多年生的冰核丘規(guī)模較大，高可達(dá)十余米至數(shù)十米，直徑從三十米到七十米不等。

冰核丘有時(shí)能產(chǎn)生爆炸。夏季氣溫上升很快，上部凍結(jié)層迅速融化，凍結(jié)土層急劇變薄，這時(shí)如果冰核丘內(nèi)含有氣體，承壓力很高的地下水就可能發(fā)生噴水爆炸。

【熱融塌陷洼地】

因溫度升高，地下冰融化引起地面塌陷所形成的各種洼地。這種塌陷過程類似喀斯特塌陷過程，而塌陷原因和溫度有關(guān)，故又被稱為熱力喀斯特。

熱融塌陷洼地發(fā)育在斜坡上形成各種滑塌洼地，在平坦地面上形成漏斗狀沉陷洼地，洼地內(nèi)常積水成湖，稱為熱融塌陷湖。

多年凍土發(fā)育的高原或平原地區(qū)，大大小小的熱融塌陷湖星羅棋布。熱融塌陷湖形成以后，湖水對湖底土層的傳熱作用使底部土層增溫，活動層的深度加大，地下冰融化速度加快，湖泊進(jìn)一步沉陷，直到湖底地下冰全部融化后，湖泊才停止下沉和擴(kuò)大。

【石環(huán)】

是指在凍融分選作用下形成的呈多邊形或近圓形的凍土地貌。常見于離河灘不遠(yuǎn)的平地或河流出山口。石環(huán)是凍土中顆粒大小混雜的松散砂礫層，由于飽含水分，經(jīng)頻繁的凍融交替產(chǎn)生物質(zhì)分異而形成。具體表現(xiàn)為中心為細(xì)粒土和碎石，周圍為較大礫石為圓邊。

冬季，活動層中的大小混雜的砂礫先從地面凍結(jié)，砂礫層孔隙中的水凍結(jié)膨脹，地面和砂礫層中的礫石一起被抬高，礫石的下部尚未凍結(jié)而出現(xiàn)空隙，砂土填入或水滲入形成冰透鏡體。夏季，活動層上部解凍，由于礫石和砂土的導(dǎo)熱率不同，砂土中的冰先融化，地面逐漸回降到原來位置，但礫石下部仍為凍結(jié)狀態(tài)，這時(shí)一些大顆粒碎石或礫石卻比周圍含水砂土位置相對升高。等礫石下部冰開始融化時(shí)，礫石周圍的砂土向礫石下部移動，填墊在礫石下部，當(dāng)活動層全部融化后，礫石卻相對抬升了一段距離，在這種凍融過程的反復(fù)作用下，大的石塊或礫石就逐漸被頂托到地面。