极寒之地的冻土（上）

郭艳 邓全贵

随着活动空间的扩大以及对资源需求的增加，人类逐渐将目光投向了太空、海洋和寒冷的极区。如近四五十年来，美国、英国、加拿大等国为解决能源危机，加紧开发北极和北极近海的石油和天然气。但是包括多年冻土在内的寒区有着自己独特的环境特性，它是一个很脆弱的环境体系，一旦遭到破坏就无法挽回。所以在开发冻土区前，我们必须了解它。

一、什么是冻土

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）、季节冻土以及多年冻土。

季节冻土随季节变化而发生周期性的融冻，冬季土层冻结，夏季全部融化。

多年冻土指多年处于冻结状态的土层，或至少连续两年处于冻结状态的土层。

多年冻土区的冻土可分为上下两层，上层是夏融冬冻或是昼融夜冻的活动层，下层是多年冻结不融的永冻层。活动层的厚度随纬度和高度的增大而减小，它的冻融深度与每年冬夏季节的温度有关。

二、冻土典型地貌

【冰核丘】

冻土层中常夹有未冻结层，未冻结层中的水分在地下慢慢凝结成冰体，使地面膨胀隆起，形成冰核丘，又称冻胀穹丘。穹丘的隆起量可达五十米以上，上有火口状下陷。

冰核丘的规模大小不等。一年生的冰核丘的规模较小，高只有数十厘米至数米;多年生的冰核丘规模较大，高可达十余米至数十米，直径从三十米到七十米不等。

冰核丘有时能产生爆炸。夏季气温上升很快，上部冻结层迅速融化，冻结土层急剧变薄，这时如果冰核丘内含有气体，承压力很高的地下水就可能发生喷水爆炸。

【热融塌陷洼地】

因温度升高，地下冰融化引起地面塌陷所形成的各种洼地。这种塌陷过程类似喀斯特塌陷过程，而塌陷原因和温度有关，故又被称为热力喀斯特。

热融塌陷洼地发育在斜坡上形成各种滑塌洼地，在平坦地面上形成漏斗狀沉陷洼地，洼地内常积水成湖，称为热融塌陷湖。

多年冻土发育的高原或平原地区，大大小小的热融塌陷湖星罗棋布。热融塌陷湖形成以后，湖水对湖底土层的传热作用使底部土层增温，活动层的深度加大，地下冰融化速度加快，湖泊进一步沉陷，直到湖底地下冰全部融化后，湖泊才停止下沉和扩大。

【石环】

是指在冻融分选作用下形成的呈多边形或近圆形的冻土地貌。常见于离河滩不远的平地或河流出山口。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而形成。具体表现为中心为细粒土和碎石，周围为较大砾石为圆边。

冬季，活动层中的大小混杂的砂砾先从地面冻结，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，在这种冻融过程的反复作用下，大的石块或砾石就逐渐被顶托到地面。