極寒之地的凍土（下）

郭艷 鄧全貴

凍土的厚度受地理要素的綜合影響，同時(shí)凍土又對(duì)其分布區(qū)的水文和植被等要素產(chǎn)生影響。

一、凍土的厚度

多年凍土的厚度主要受緯度和高度的影響。從高緯到低緯， 多年凍土的厚度逐漸減薄以至完全消失。中、低緯度的高山、高原地區(qū)，多年凍土的厚度主要受海拔影響。一般來說，海拔愈高，地溫愈低，凍土層愈厚，永凍層頂面埋藏的深度也較淺。多年凍土的厚度還受其他自然地理?xiàng)l件的影響。

1.氣候。大陸性半干旱氣候較有利于凍土的形成，而溫暖濕潤(rùn)的海洋性氣候不利于凍土的發(fā)育。

2.巖性。砂土導(dǎo)熱率較高，易透水，不利于凍土的形成。黏土導(dǎo)熱率較低，不易透水，有利于凍土的形成。泥炭的導(dǎo)熱率最低，最有利于凍土的發(fā)育。

3.坡向。陽坡日照時(shí)間長(zhǎng)，受熱多于陰坡，因而在同一高度、不同坡向凍土的深度、分布高度和地溫狀況都不同，凍土的厚度也不同。

4.植被、雪蓋。冬季，植被和雪蓋阻礙土壤熱量散失。夏季，植被和雪蓋減少地面受熱。因此，在有雪蓋和植被的地區(qū)，地面年溫差減小，有利于凍土的發(fā)育。

二、凍土對(duì)水文和植被的影響

環(huán)北極地區(qū)年降水量（包括融化的雪）只有150—250 mm，但這些區(qū)域地表含水量高，河流分布廣泛。主要是由于多年凍土凍結(jié)層的存在，阻止了土壤水分的下滲，因此水分浸潤(rùn)地表土壤時(shí)，就會(huì)形成沼澤和池塘，為植物生長(zhǎng)提供水分。

多年凍土退化也影響著地表植被生長(zhǎng)。在活動(dòng)層（覆蓋于多年凍土之上的夏融冬凍的土層）較淺的地區(qū)（例如環(huán)北極的大部分地區(qū)），多年凍土退化導(dǎo)致的地下冰融化，會(huì)向地表補(bǔ)充大量水分，促進(jìn)植物的生長(zhǎng);在活動(dòng)層較大的地區(qū)（例如我國(guó)青藏高原的大部分地區(qū)），多年凍土退化會(huì)導(dǎo)致更多的土壤水分下滲，加之地下冰融化對(duì)土壤補(bǔ)充的水分又難以被植物吸收，導(dǎo)致植被退化。

多年凍土與土壤水分、植被生長(zhǎng)也是相互作用的，主要體現(xiàn)在：（1）多年凍土的存在有利于植被生長(zhǎng)。（2）土壤水分大時(shí)，有利于地下冰的形成，而地下冰在夏季融化時(shí)會(huì)吸收大量的熱，因此也有利于保護(hù)多年凍土的向下融化。（3）較好的植被條件會(huì)在夏季通過遮陰效應(yīng)，降低土壤溫度。（4）植被生長(zhǎng)提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，降低土壤導(dǎo)熱率，對(duì)多年凍土也有保護(hù)作用。

三、凍土與工程建設(shè)

在多年凍土區(qū)進(jìn)行工程建設(shè)，面臨著許多挑戰(zhàn)。因?yàn)槎嗄陜鐾辽盥竦叵?，且其厚度太大，人類在多年凍土區(qū)的工程只能建立在多年凍土層之上。

但隨著全球變暖，多年凍土不斷退化，凍結(jié)層部分融化后，會(huì)導(dǎo)致地面沉降，從而影響工程結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。工程本身又會(huì)對(duì)土層的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，如公路的瀝青路面會(huì)吸收較多的熱量，加速多年凍土的退化。因此，人們發(fā)展了一系列技術(shù)，用以提高多年凍土區(qū)工程的穩(wěn)定性。最典型的工程技術(shù)就是熱棒，如我國(guó)青藏鐵路在修建時(shí)，由于多年凍土的活動(dòng)層反復(fù)凍融及冬季不完全凍結(jié)，會(huì)危及鐵路路基。青藏鐵路建設(shè)者創(chuàng)造性地提出了“主動(dòng)降溫、冷卻路基、保護(hù)凍土”的新思路，采用了熱棒新技術(shù)等措施。

熱棒工作原理：熱棒地上部分為冷凝段，地下部分為蒸發(fā)段，當(dāng)冷凝段溫度低于蒸發(fā)段溫度時(shí)，蒸發(fā)段液態(tài)物質(zhì)汽化上升，在冷凝段冷卻成液態(tài)，回到蒸發(fā)段，循環(huán)反復(fù)。冬季，氣溫低于地溫（熱棒冷凝段低于蒸發(fā)段），熱棒蒸發(fā)段吸收凍土熱量，將液態(tài)物質(zhì)汽化上升，與較冷的地上部分管壁接觸，凝結(jié)，釋放出潛熱，將凍土層中的熱量傳送至地上大氣，起到對(duì)路基下方凍土降溫的作用，從而保障鐵路的安全運(yùn)營(yíng)。

青藏鐵路路基兩側(cè)的熱棒照片及其散熱工作原理示意圖（2015年全國(guó)Ⅰ卷）