全球气候变暖,冻土融化带来灾害

全球气候变暖，冻土融化带来灾害

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俗话说：

“冰冻三尺，非一日之寒。”我国北方地区，冬季温度常在0℃以下，潮湿的土壤呈冻结状态，这种现象在气象学上称为冻土。温度愈低且持续时间愈久，冻土层便愈厚。

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（半月至数月）以及多年冻土（又称永久冻土，指的是持续二年或二年以上的冻结不融的土层）。随着全球气候变暖，冻土在不断退化。如果土层每年散热比吸热多，冻结深度大于融化深度，多年冻土逐渐变厚，称为发展的多年冻土，处于相对稳定状态；如果土层每年吸热比散热多，地温逐年升高，多年冻土层逐渐融化变薄以至消失，处于不稳定状态，称为退化的多年冻土。

按空间分布可分为连续冻土和不连续冻土。如西伯利亚永冻层连成大片，而欧洲的永冻层则呈块状分布。块状永冻层之间的非永久冻结的地方，称为“融土岛”。永冻层的深度自10余米至200余米不等，其上部冬冻夏融，称之“活动层”。活动层的厚度随土质而异。地球上多年冻土的面积约占陆地总面积的20-25%，主要分布在俄罗斯和加拿大。中国多年冻土面积占全国面积的

22.3%，主要分布在东北北部山区、西部高山与青藏高原。

由于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。冻土是一种对温度极为敏感的土体介质，含有丰富的地下冰。因此，冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：

冻胀和融沉。中国的青藏铁路就有一段路段需要通过冻土层。工程师需要通过多种方法去使冻土层的温度稳定，以避免因为冻土层的转变而使铁路的路基不平，防止意外的发生。

中国多年冻土分布在高纬度东北地区和高海拔西部高山高原如青藏高原、昆仑山、祁连山等，如祁连山热水地区海拔3480米出现岛状冻土带，3 780米以上出现连续冻土带；前者在青藏公路上的昆仑山上分布于海拔4200米左右，后者则分布于4350米左右。青藏高原冻土区是世界中、低纬度地带海拔最高（平均4000米以上）、面积最大（超过100万平方公里）的冻土区，其分布范围北起昆仑山，南至喜马拉雅山，西抵国界，东缘至横断山脉西部、巴颜喀拉山和阿尼马卿山东南部。在上述范围内有大片连续的多年冻土和岛状多年冻土。在青藏高原地势西北高、东南低，年均温和降水分布西、北低，东、南高的总格局影响下，冻土分布面积由北和西北向南和东南方向减少。高原冻土最发育的地区在昆仑山至唐古拉山南区间，本区除大河湖融区和构造地热融区外，多年冻土基本呈连续分布。往南到喜马拉雅山为岛状冻土区，仅藏南谷地出现季节冻土区。中国高海拔多年冻土分布也表现出一定的纬向和经向的变化规律。冻土分布下界值随纬度降低而升高。二者呈直线相关。冻土分布下界值中国境内南北最大相差达3000米，除阿尔泰山和天山西部积雪很厚的地区外，下界处年均温由北而南逐渐降低（由-3～-2℃以下）。西部冻土下界比雪线低1000~1100米，其差值随纬度降低而减小。东部山地冻土下界比同纬度的西部高山一般低1150～1300米。

在季节性冻土发育区,因冻胀融沉等作用对房屋、铁路、公路等工程设施产生的危害。

根据冻结状态分为坚硬冻土、塑性冻土、松散冻土；根据冻土的发育情况分为连续冻土、岛状冻土。冻土对工程建筑的危害主要表现为冻胀和融沉作用。即在冻结状态时,虽然压缩性变小并具有较高强度,但在冻结过程中产生体积膨胀,形成地面隆起和地基鼓胀；冻土融化后,岩土中冰屑的骨架支撑作用消失,导致体积缩小,地基承载力降低,压缩性增大,岩土体下沉陷落、甚至土石翻浆，从而形成冻胀和融沉作用，常

造成建筑物地基不稳、倾斜，房屋开裂，地面下沉；

道路路基变形，威胁行车安全，影响交通运输等。

如大兴安岭铁路牙林线上，冬春季路基冻胀最大高

度可达35厘米，夏季沉陷方量达几万方之多。冻

融滑坡、塌方和冻融泥流在西南、西北高海拔地区

极为常见、给工程建设造成了很大危害，甚至造成

了人身伤亡。这种作用也常见于广大的季节性冻土

地区，并造成了大量的路基破坏、工程建筑物毁损

等恶性事件。冻土作为建筑工程地基时,因冻胀融

沉的反复活动,可使房屋、桥梁、涵洞等建筑沉陷、

开裂、倾倒,铁路、公路凹凸不平,甚至局部陷落,威胁交通与运输安全。冻土冷涨热缩，对地表的建筑物，如铁轨的稳定性有很大的危害，青藏铁路需要的最强的技术就是防止冻土冻融的技术。此外，冻土地区由于气温低、生长季节短，不利于动植物的生长和繁衍，对于迁徙动物也是一种考验，对于农作物的生长有很大的损害。下图中东倒西歪的树叫醉树，不是因为它们喝醉了，是因为它们生长于永冻土上，永冻土的融化使它们根基不稳，危在旦夕。

冻土地区的醉树

冻土的融化危害路基稳定，我

国以xx、xx、xx、

xx等高海拔地区和xx北部

高纬度地区最为严重。如xx北部

冻土区有10%的路段存在冻融病

害，个别线路病害路段达

60、70%。

xx严重的冻融灾害给安全

运输、道路养护、施工造成了极大

的困难。下图是xx阿拉斯加永冻

土上行驶的汽车，由于冻土融化，

汽车经常陷入沼泽。35年前这里通

行的时间是225天，现在只有75

天。xx全长4400公里，是世

界上最长的河流之一。由于气候变

暖导致xx表层在每年春季的

融化速度加快，增加了勒拿河春季的流量，从而加重了对冰冻河岸的冲击侵蚀，导致河床崩岸。

冻土就像一个大冰箱，而冻住的不仅是土，土壤中包含的大量有机物也被一并装入其中，从不起眼的微生物到完整的动物尸体——去年那出科幻小说般的“西伯利亚驯鹿悲剧”就是最好的证明，75年前瘟疫中死亡的驯鹿带着炭疽杆菌冻在了土地下。有研究指出，这种永冻层中“冷冻”的炭疽芽孢可保持活性达105年，如果掩埋深度增加，细菌或许能够休眠更久。破纪录的发现来自2014年一个法国团队，他们从西伯利亚“冰箱”中发现了年龄超过三万岁的“西伯利亚阔口罐病毒”（Pithovirussibericum），它的繁殖方式与天花相似。可怜的阿米巴变形虫被团队选做实验材料，证明了这种病毒仍具有感染性（但对人畜无害）。

通常，冻土中含有大量的含碳有机物，只要土壤仍然保持冰冻状态，一切都相安无事。