高考地理微视角：冻土(附：典型例题)

高考地理微视角：冻土（附：典型例题）

1.什么是冻土

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。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。

2.冻土分类

按照时间，将冻土分为多年冻土，季节冻土和短时冻土三种形式

多年冻土：冻土的冻结状态己经保持在三年以上。根据冻土所处地理位置，可以分为与纬度相关的高纬度冻土，以及由海拔高度决定的高海拔冻土。

季节冻土：指夏天为融土，冬天为冻土的土层。一般分为两种，一种是季节冻结层，但这一层土的下挖土不是多年冻土；而另一种是直接与多年冻土相连，

短时冻土：冬季冻结持续时间不足１个月的土层。

3、冻胀丘冻土地貌

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。

3.冻胀与热融

温度变低土中的水份结晶变成冰块使土体变大形成冻胀。温度升高土中的冰块融化使土体不稳定而形成热融。此时，道路承载能力显著下降，在交通荷载的反复作用下，会发生路基融陷、路基融沉等病害，严重影响行车的安全与舒适，使冻土地区道路的性能严重降低。

冻胀融沉是多年冻土地区的主要病害，其形成主要受温度、水分及土质等因素影响。

温度

多年冻土地区一般处于高纬度或者高海拔地区，平均气温较低。当气温降低到0 ℃以下时，空气中的冷能与地面发生热交换，地面温度开始降低。当温度逐渐降低，到达0 ℃以下时，冻结作用便从表层逐渐向下传递。这时会存在一个过冷过程，温度到达一定负温冻结作用才会发生。冻结速率较快，冻结深度下降迅速，此时地下的水分来不及向冻结区域积聚，冻胀现象较弱; 随着冻结深度的增加，冻结速率变慢，在冻结过程中，水分不断向冻结区域迁移，使得冻结区域的冰晶体不断的变大。当冻胀变形量达到一定程度，路基便会产生冻胀隆起。春季，含有大量冰晶体的冻结区域开始融化，含水率增加，路基的承载能力急剧下降。在行车荷载的反复作用下，出现翻浆，影响车辆行驶的安全与舒适。可见，除了温度高低会影响冻胀融沉的程度，降温速度也会影响冻胀融沉的程度。温度越低冻胀融沉效果越显著，降温速率越慢，越有利于水分迁移，冻胀融沉的效果越明显。

水分

冻胀与融沉的发生主要是由于水分在温度梯度的影响下发生的迁移与相变。当土体中的水分达到一定的含量时，才会发生冻胀。在相同的外界条件下，土体中的含水率越高，

土体的冻胀效果越明显。

土质

土颗粒的大小决定了其表面能的强弱。当土为粉质土等颗粒较小的土质时，土中的空隙较小，毛细作用比较强。当土体冻结时，水分以较快的速度向冻结区域迁移，导致土体产生较大的冻胀变形。黏土同样具有较厚的结合水膜，但由于其毛细孔隙较小，水分向冻结区域迁移较为困难，导致其动胀变形量要比粉质土小。

4. 冻土融沉的处理措施

在多年冻土地区，处理冻胀融沉的措施主要是采取保温、隔绝地下水、挖方换填等措施，减轻冻胀融沉的程度。

【挖方换填】

在冻土深度较浅的多年冻土地区，利用碎石、砾石等透水性较好的填料，置换掉冻结深度范围内土质不好的冻胀土，减少下部地下水在毛细作用下向上迁移，减轻冻胀变形的程度。

由于挖方换填需要用透水性较好的碎石置换出透水性不良的冻胀土，所以在道路修建附近，碎石等换填材料要易于获取。同时，被换填的冻胀土要有地方堆弃，影响道路及边坡的温度稳定。

施工时要注意季节选择，避开雨季施工。同时，挖出的冻胀土不能胡乱地堆弃在道路两侧，避免因温度交换导致边坡融沉，影响道路稳定。

【导热棒】

利用导热棒，将路基中的热量不断地传递到大气中，从而达到冷却地基的效果。

适用于高海拔多年冻土区，青藏公路、青藏铁路、伊春地区公路沿线均布置有大量导热棒，效果显著。

导热棒的设置应配合其他措施设置，导热棒产生的聚冷散热效果只能影响到导热棒附近的部分路基区域。单一导热棒设置，会导致路基宽度内的热量不均匀而产生道路融沉、纵缝发育等严重的问题。

【保温板】

利用保温板的隔热性，减轻上部温度变化对保温层下部路基带来的影响，将多年冻土上限提高，同时能够一定程度上减弱水分垂直方向的迁移，使路基的稳定性和行车性能大

大提高。

【通风管路基】

在冬季，利用从通风管穿过的冷空气，带走路基内部的热量，有效地降低了冻土路基的温度，提高了路基内的冻土上限，使路基的稳定性大大增加

适用于填方路基，冬季温度低，风速较高的区域，有助于路基内部的热量与外界进行交换，从而达到降温提高冻土上限的目的。

夏季，通风管的热量交换作用，会使路基内部的热量增加、冻土核融化，不利于路基的稳定性，所以需要一定装置使通风管在夏季暂时关闭。同时，在填筑过程中，通风管周围难以使用大型压路机进行压实，所以压实度难以保证。

夏季关闭的通风管

【碎石路基】

利用片碎石路基大孔隙的特点，使空气可以在空隙中较自由的流通。在暖季，上部质量较轻的热空气往下传递会受到制约; 在冷季，外部的冷空气质量较重而路基内部的热空气质量较轻，有利于对流，将路基内部的热量排出。

碎石路基需要大量的碎石填料，这就需要道路所在区域具有足量的碎石供施工填筑。同时，碎石排水性能较差，在降水丰沛的区域要配合其他措施进行使用。

5. 北极冻土加速融化的致命风险

在过去的30 年时间内，北极地区平均气温的上升速度已超过了地球其他地区平均气温的上升速度。当地球平均气温上升1℃时，北极大部分地区的平均温度会上升3℃，一些冰原融化较快的区域，平均气温上升的幅度超过了5℃。

北极作为地球上最大的冰川区域，其温度升高最终将会影响整个地球的生态环境，各种潜在的生态后果必然会给人类带来巨大的灾难。冻土融化会释放大量的甲烷，会加剧全球气候变化；冻土融化还会释放出大量的细菌和未知的病毒，会加剧人类的健康风险。实际上，除了这两类看得见的风险之外，还有一个风险经常会被忽视，那就是当北极冻土带融化后造成的洋流输送减弱所带来的后果。

北极永久冻土带冰原、冰川融化后所产生的大量淡水将会驱动热盐环流或称作海洋输送流泵力的减弱。众所周知，地球上最为著名的洋流是北大西洋湾流，它们是从大西洋开始的，能够在各个大洋中穿梭。在格陵兰地区，随着冰原的不断融化，一些密度较高