十大地貌概述 走进地貌之九——冻土地貌

什么是冻土?

生活在北方的人有这样的体会,在冬天,当气温降到零度以下,如果你到户外挖土,就会发现原来松软的土地现在变得十分坚硬,一锹下去往往只留下一个白点。细心的人会发现在这些坚硬的土里面含有一些小冰晶,而且如果你不泄气继续挖下去,就会发现这层坚硬的土并不十分厚,在它下面还是比较松软的土。这层含有冰晶的土就是冻土。


为什么会出现这种现象呢?

  因为土壤里面或多或少的都含有水分,但温度降到零度或零度以下,土壤里的水分就会凝结成冰将土壤冻结,这样就产生了冻土。但是为什么我们看到的冻土仅仅是一层,而不是全部冻结呢?原来我们脚下的大地有一个很特别的性质,那就是在它表面温度是随深度的增加而降低的,但是到了一定深度它的温度就不再降低,而是常年保持一个基本恒定的温度,科学家将这个层称为恒温层,在往下因为越来越接近地心,温度反而逐渐升高。




冰天雪地,含有冰晶的土层


  这样我们就知道冻土就是一种低于零摄氏度并且含有冰的特殊土体。所以说,冻土不同于黄土、黑土、红土,它是一种被冻结的土,可以是被冻结的黑土,也可以是被冻结的黄土,当然被冻结的红土少一些,因为红土大多发育在南方,而南方温度低于零度的时候不多。


季节冻土和多年冻土




《什么是冻土?》里所说的冻土只是冻土的一种,当天气变暖的时候这种冻土就会融化,我们称这种冻土为季节冻土。除此之外,有些地方还有一种能够持续多年不化的冻土,那就是多年冻土,比如在北极或者青藏高原,因为那里常年温度都在零度以下,所以冻土就会保持常年不化,既使在比较温暖的年份,融化的也仅仅是表面一小层。


  冻土的存在主要受温度的影响。越往纬度高的地方温度就越低,因为南半球陆地面积少,所以多年冻土主要分布在亚欧大陆和北美洲的北部。同时我们还知道,越往高处温度就越低,在一些高山上那里的温度常年也低于零度,所以中低纬度的高山和高原上也存在多年冻土,如美洲的安第斯山脉,非洲的乞立马扎罗山以及我国的青藏高原。




  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不是很多,但是随着人类活动空间的扩大以及对资源需求的增多,人类逐渐将目光投向了太空、海洋和寒冷的极区。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。




各种冻土地貌


热融滑塌






  这种现象最早发现于青藏高原风火山。养路工人取土修路,使路边斜坡下的地下冰层暴露,夏天暴露的冰层融化,上覆草皮和土层失去支承而塌落下来,冰层融水稀释了塌落的物质,并在重力作用下沿着斜坡缓缓下滑。这样地下冰层继续融化,上边土层继续滑塌,并使新的冰层继续露出,这样几经反复,经过几个夏天,这种滑塌就会到达坡顶。







石河

  由寒冻风化产生的岩块、岩屑,在重力作用下汇集到斜坡下的沟槽内,碎石沿沟槽徐徐向下移动,形成一条用石头填满的小河,故取名石河。

石海、石流坡、石河乃是同族兄弟,彼此存在着有机联系,往往在同一山地同时出现。常常是山上巨石铺地,山坡碎石遍布,山麓碎石成流。



石流坡

石流坡也称岩屑坡,它的物质来源及产生与石海大体相似,但二者出现的地貌部位不同。石海多见于平缓的山项,石流坡则出现在山坡。石流坡的岩块、碎屑,除在斜坡原地经寒冻风化产生外,还有在重力作用下来自山项的。这样就决定了石流坡的组成物质是上细下粗,坡上方多是小的岩屑,坡下方主要是大的岩块。


石流坡是多年冻土地区常见的一种冰缘地貌形态,在大兴安岭和我国西部高山、高原冻土区有广泛分布,几乎到处都可以看到。


冻胀丘



  冬季季节融化层,由上而下和由下而上冻结,过水断面缩小,冻结层上水处于承压状态,同时冻结过程中水分发生迁移产生聚冰层。随冻结面向下发展,当冻结层上水的压力大于上覆土层强度时,地表就发生隆起,便形成冻胀丘(也称冰皋)。

  冻胀丘是我国冻年冻土区经常可以看到的一种冻土地貌。冻胀丘底部的直径由几米到几十米,高1到2米,有的可大3~5米。冻胀丘表面经常存在纵横交错的裂隙。我国已知最大的冻胀丘在青藏公路62道班,它底部直径40~50米,高达20米。



石海

  由于存在裂隙,在水分冻结膨胀情况下,岩石破裂成很多小块,或者因温度变化,组成岩石的矿物不均匀地热胀冷缩,造成岩石破裂。在这种情况下就会产生大量大小不等的棱角状岩块及岩屑,在地形平缓的条件下,大多岩屑在原地残留下来,形成碎石覆盖地面,这就是石海。

石海在我国青藏高原、西部高山及大兴安岭北部冻土区均有分布。发育石海不仅要岩石坚脆、存在很多裂隙,而且还要有一定的水热条件。既要有一定的水份,同时温度变化要大,通过0℃上下持续波动的时间要长。


石环




  在天然条件下,地表物质常常是粗细混杂的。由于石块和土的导热性能不同,因此冻结速度也各不一样。碎石导热率大,就会先冻结,水就会向石块附近迁移并在其附近形成冰,水形成冰后体积就会膨胀,使碎石产生移动,这样粗的物质和细的物质就会产生分离,这种现象科学家们称之为冻融分选作用,因为它就象筛子一样将不同的物质分离。

  在平缓而又粗细混杂的地表层,经冻融分选作用,泥土和小的岩屑集中在中间,岩块就会被排挤到周边,呈多边形或近圆形,好像有人有意识的将石头成一圈,这种冻土地貌叫作石环。

  形成石环的地段一定要岩石块和泥土粗细混杂,并且还要求有充足的水分,气温在零度上下波动的持续时间要长一些。只有这样夹杂在泥土中的石块才会被挤出来。

  石环常见于离河滩不远的平地或河流出山口,因为这里具备石环形成的条件。



寒区工程

 


 
  随着寒区经济发展,人们在寒区大兴土木,如道路工程、水利工程、隧道工程、工业与民用建筑等方面的建设。在我国进行了青藏公路、格尔木至拉萨输油管线、光纤通讯工程、大坂山隧道等著名工程方面的建设,即将建设的还有青藏铁路工程、青康公路工程、大小兴安岭地区道路工程等。寒区工程修筑过程中,必须考虑冻土这一特殊地基。

冻土工程在寒区建设中非常重要,由于热胀冷缩及受力不均,建筑物往往会发生断裂、扭曲、下陷等现象。在寒区建设中处理不好就会严重危害人类生命安全和国民经济建设。

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