极寒之地的冻土（下）

郭艳 邓全贵

冻土的厚度受地理要素的综合影响，同时冻土又对其分布区的水文和植被等要素产生影响。

一、冻土的厚度

多年冻土的厚度主要受纬度和高度的影响。从高纬到低纬， 多年冻土的厚度逐渐减薄以至完全消失。中、低纬度的高山、高原地区，多年冻土的厚度主要受海拔影响。一般来说，海拔愈高，地温愈低，冻土层愈厚，永冻层顶面埋藏的深度也较浅。多年冻土的厚度还受其他自然地理条件的影响。

1.气候。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。

2.岩性。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。

3.坡向。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。

4.植被、雪盖。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，有利于冻土的发育。

二、冻土对水文和植被的影响

环北极地区年降水量（包括融化的雪）只有150—250 mm，但这些区域地表含水量高，河流分布广泛。主要是由于多年冻土冻结层的存在，阻止了土壤水分的下渗，因此水分浸润地表土壤时，就会形成沼泽和池塘，为植物生长提供水分。

多年冻土退化也影响着地表植被生长。在活动层（覆盖于多年冻土之上的夏融冬冻的土层）较浅的地区（例如环北极的大部分地区），多年冻土退化导致的地下冰融化，会向地表补充大量水分，促进植物的生长;在活动层较大的地区（例如我国青藏高原的大部分地区），多年冻土退化会导致更多的土壤水分下渗，加之地下冰融化对土壤补充的水分又难以被植物吸收，导致植被退化。

多年冻土与土壤水分、植被生长也是相互作用的，主要体现在：（1）多年冻土的存在有利于植被生长。（2）土壤水分大时，有利于地下冰的形成，而地下冰在夏季融化时会吸收大量的热，因此也有利于保护多年冻土的向下融化。（3）较好的植被条件会在夏季通过遮阴效应，降低土壤温度。（4）植被生长提高了土壤有机质含量，降低土壤导热率，对多年冻土也有保护作用。

三、冻土与工程建设

在多年冻土区进行工程建设，面临着许多挑战。因为多年冻土深埋地下，且其厚度太大，人类在多年冻土区的工程只能建立在多年冻土层之上。

但随着全球变暖，多年冻土不断退化，冻结层部分融化后，会导致地面沉降，从而影响工程结构的稳定性。工程本身又会对土层的结构产生影响，如公路的沥青路面会吸收较多的热量，加速多年冻土的退化。因此，人們发展了一系列技术，用以提高多年冻土区工程的稳定性。最典型的工程技术就是热棒，如我国青藏铁路在修建时，由于多年冻土的活动层反复冻融及冬季不完全冻结，会危及铁路路基。青藏铁路建设者创造性地提出了“主动降温、冷却路基、保护冻土”的新思路，采用了热棒新技术等措施。

热棒工作原理：热棒地上部分为冷凝段，地下部分为蒸发段，当冷凝段温度低于蒸发段温度时，蒸发段液态物质汽化上升，在冷凝段冷却成液态，回到蒸发段，循环反复。冬季，气温低于地温（热棒冷凝段低于蒸发段），热棒蒸发段吸收冻土热量，将液态物质汽化上升，与较冷的地上部分管壁接触，凝结，释放出潜热，将冻土层中的热量传送至地上大气，起到对路基下方冻土降温的作用，从而保障铁路的安全运营。

青藏铁路路基两侧的热棒照片及其散热工作原理示意图（2015年全国Ⅰ卷）