生活在北方的人有這樣的體會,在冬天,當氣溫降到零攝氏度以下,如果你到戶外挖土,就會發現原來鬆軟的土地現在變得十分堅硬,一鍬下去往往只留下一個白點。
細心的人會發現,在這些堅硬的土裡面含有一些小冰晶,而且如果你不洩氣繼續挖下去,就會發現這層堅硬的土並不十分厚,在它下面還是比較鬆軟的土。這層含有冰晶的土就是凍土。

01
為什麼會出現凍土?
土壤裡面或多或少都含有水分,當溫度降到零度或零度以下,土壤裡的水分就會凝固成冰,將土壤凍結,這樣就產生了凍土。
但是為什麼我們看到的凍土僅僅是一層,而不是全部凍結呢?
我們腳下的大地有一個很特別的性質,那就是:
在它表面,溫度是隨深度的增加而降低的,但是到了一定的深度,它的溫度就不再降低,而是常年保持一個基本恆定的溫度。科學家將這個層稱為恆溫層,恆溫層下面的土層因為越來越接近地心,溫度反而逐漸升高。
這樣一來,我們就可以得到結論:凍土就是一種低於零攝氏度並且含有冰的特殊土體。
所以說,凍土不同於普通的黃土、黑土和紅土,它是一種被凍結的土,被凍結的可以是黑土,也可以是黃土,當然,被凍結的紅土少一些,因為紅土大多存在於南方,而南方溫度低於零攝氏度的時候不多。

土地溫度隨深度的變化。圖片來源:參考文獻[1]
02
凍土可不止一種
我們上文所說的凍土只是凍土的一種,當天氣變暖時,這種凍土就會融化,我們稱這種凍土為季節凍土。
除此之外,有些地方還有一種能夠持續多年不化的凍土,那就是多年凍土。在北極或者青藏高原,因為那裡的溫度常年都在零攝氏度度以下,凍土就會常年不化,即使在比較溫暖的年份,融化的也僅僅是表面一小層。

多年凍土。圖片來源:維基百科
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中國的凍土分佈
中國的多年凍土分為高緯度多年凍土和高海拔多年凍土。
高緯度多年凍土主要集中分佈在大小興安嶺,面積為38~39萬平方千米。高緯度多年凍土是歐亞大陸多年凍土南緣,平面分佈服從緯度地帶性規律,即海拔越高的地方凍土面積越大,厚度越厚。
高海拔多年凍土分佈在青藏高原、阿爾泰山、天山、祁連山、橫斷山、喜馬拉雅山,以及東部某些山地,如長白山、黃崗梁山、五臺山等。高海拔多年凍土的形成與存在受當地海拔高度的控制。

喜馬拉雅山。圖片來源:維基百科
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多年凍土之旅
現在讓我們由松嫩平原北部城市嫩江出發,自南向北做一次世界多年凍土的考察。
在嫩江,我們會發現很多一塊一塊的凍土區域,這表明我們已經到達了多年凍土的南界。我們繼續北上,到達我國鐵路的最北端,就會發現原來呈塊狀出現的凍土已經連成了一片,凍土厚度也增加到了50~120米。
繼續往北走,進入北極圈,我們會發現原來的參天古樹不見了,隨之而來的是一片苔原景色,在這裡,凍土厚度已經增加到了200~600米,有的地方甚至達到了1000米。
再往北走就到了此行的終點——北冰洋沿岸,這裡的氣候極為嚴寒,凍土層厚達400~900米,這裡是世界上凍土厚度最厚的地方,最厚處可達1400米。
當然,除了這些地方,還有很多地方存在凍土。因為南半球陸地面積少,所以多年凍土主要分佈在亞歐大陸和北美洲的北部。我們還知道,越往高處溫度就越低,因此一些高山上的溫度常年也低於零攝氏度,所以中低緯度的高山和高原上也存在多年凍土,如美洲的安地斯山脈、非洲的乞立馬紮羅山等。

全球冰凍圈,其中圖示部分的後3項為全球永久凍土分佈。圖片來源:聯合國環境規劃署
在生活中,我們認識凍土的機會並不是很多,但是厚層地下冰是各類工程建築物遭受破壞的主要原因,凍土區生態又十分脆弱,極易受外界的干擾破壞。因此,凍土研究是一個十分有必要的任務,這能夠幫我們維護凍土生態安全、促進凍土區重大工程建設和預防災害。讓我們一起了解凍土,保護凍土吧。
參考文獻:
[1] Ashrafian, Touraj & Moazzen, Nazanin & Haghlesan, Masoud. (2011). Human Comfort in Underground Buildings.