冻土简介:冻土的分布情况如何?冻土有什么作用?关于冻土,小编将在本文中为你详细介绍:
冻土简介
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)。
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。随着气候变暖,冻土在不断退化。
冻土的分布
冻土分布于高纬地带和高山垂直带上部,其中冰沼土广泛分布于北极圈以北的北冰洋沿岸地区。包括欧亚大陆和北美大陆的极北部分和北冰洋的许多岛屿,在这些地区的冰沼土东西延展呈带状分布,在南美洲无冰盖处亦有一些分布。据估计,冰沼土的总面积约590万平方公里,占陆地总面积的5.5%。在前苏联境内,各种冰沼土的总面积为1688000平方公里,占前苏联国土面积的
7.6%,占世界冰沼土面积的28.6%。 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。
冻土的分类
1、按照冻结的持续时间分类
(1)暂时性冻土,即受天气变化影响,暂时冻结,不久便融化的土壤或疏松岩石层。
(2)季节性冻土,指冬季冻结、春季融化的土壤或疏松岩石层。其冻土层深度由自然地理条件和土壤物理特性等因素决定。
(3)多年冻土,又称“永久冻土”,指多年连续保持冻结的土壤和疏松岩石。
2、按空间分布分类
(1)连续冻土:如西伯利亚永冻层连成大片。
(2)不连续冻土:欧洲的永冻层则呈块状分布。
3、根据冻土的地理分布,成土过程的差异和诊断特征分类
(1)冰沼土:又称苔原土,我国把冰沼土这一土壤名称,改为冰潜育土,分布于极地苔原气候区和我国黑龙江北部。冰沼土是冻土中具有常潮湿土壤水分状况,具有碳氮比>13的潜育暗色表层和pH<4.0的斑纹AB层的土壤。冰沼土土层浅薄,剖面由泥炭层和潜育层组成,土体构型为O-Oi-Cg或Oi-Cg型。冰沼土的有机质含量低,阳离子代换量低,呈微酸性至酸性反应,营养元素缺乏。
(2)冻漠土:包括高山荒漠土(Alpin desert soil)、高山寒冻土(Alpine frozen soil)。该土壤主要发育在我国青藏高原等高山区冰雪活动带的下部。一般在海拔4000米以上。冻漠土是冻土中具有干旱土壤水分状况,具有淡色表层,无盐积层和石膏层的土壤。
冻漠土的土层浅薄,石多土少,剖面发育弱,地表多砾石,有多边形裂隙,具有0.5~1.5厘米厚的灰白色结皮层,有盐斑,结皮层下有浅灰棕色或棕色微显片状或层片状结构,砾石腹面有石灰薄膜,剖面构型为J—Ah—Bz—Ck型。
冻漠土有机质含量低,一般小于10克每千克,pH8.0~8.5,强石灰反应,CaCO3含量约50克每千克,石膏约5~10克每千克,易溶盐、石膏明显富集在地面结皮内,而碳酸钙则多在剖面的下层,表层的细土多被风吹失,亚表层粘粒含量相对增高。
冻土的作用
冻土分布区气候严寒或干寒,且有永冻层,土壤自然肥力很低,不经改造不宜于农用,冰沼土上生长有鹿的主要饲料——地衣,所以发展养鹿业乃是利用冰沼土的重要途径之一。
1、冻融作用
冻土地区气温低,土层冻结,降水少,流水、风力和溶蚀等外力作用都不显著,冻融作用则成为冻土地貌发育的最活跃因素。随着冻土区温度周期性地发生正负变化,冻土层中水分相应地出现相变与迁移,导致岩石的破坏,沉积物受到分选和干扰,冻土层发生变形,产生冻胀、融陷和流变等一系列复杂过程,称为冻融作用。它包括融冻风化、融冻扰动和融冻泥流作用。
在冻土地区的岩层或土层中,存在着大小不等的裂隙和孔隙,它们常被水分充填,随着冬季和夜晚气温的下降,水分逐渐冻结、膨胀,对围岩起着很大的破坏,使裂隙不断扩大。至夏季或白昼因温度上升,冰体融化,地表水可再度乘隙注入。
这种固温度周期性变化而引起的冻结与融化过程交替出现,造成地面土(岩)层破碎松解,这种作用称为冻融风化。冻融风化不仅造成地面物质的松动崩解,形成了冻土地区大量的碎屑物质,而且在沉积物或岩体中还能产生冰楔、土楔等冰缘现象。
由于地表水周期性地注入到裂隙中再冻结,使裂隙不断扩大并为冰体填充,形成了上宽下窄的楔形脉冰,称为冰楔。冰楔的规模大小不一,小的楔宽只有数十厘米,深不足1米;大的楔宽可达5~8米,最大深度可达40米以上。当冰楔内的脉冰融化后,裂隙周围的沙土充填于楔内,形成沙楔。沙楔也可能是地面冻裂以后,没有形成脉冰,砂土就直接填充在裂隙中。
融冻扰动一般发生在多年冻土的活动层内。当活动层于每年冬季自地表向下冻结时,由于底部永冻层起阻挡作用。结果使其中间尚未冻结的融土层(含水土层),在上下方冻结层的挤压作用下,发生塑性变形,形成各种大小不一,形状各异的融冻褶皱,又称冰卷泥。
融冻泥流是冻土地区最重要的物质运移和地貌作用过程之一。一般发生在数度至十余度的斜坡上。当冻土层上部解冻时,融水使主要由细粒土组成的表层物质。达到饱和或过饱和状态,从而使上层土层具有一定的可塑性,在重力的作用下,沿着融冻界面向下缓慢移动,形成融冻泥流,年平均流速一般不足1米。
由于泥流顺坡蠕动时,各层流速不一,表层流速大于下层,所以有时可把泥炭、草皮等卷进活动层剖面中,产生褶皱和圆柱体等构造形态。
2、可燃冰
可燃冰主要分布在东、西太平洋和大西洋西部边缘,是一种极具发展潜力的新能源,但由于开采困难,海底可燃冰至今仍原封不动地保存在海底和永久冻土层内。而在冻土层内有更好的可燃冰开发条件。