凍土層

所謂凍土是指溫度下降到零度或零度以下，壤里的水分就會凝結成冰，並將土壤也凍結在一起，形成一層堅硬的凍土層。凍土有季節性凍土和多年凍土。凍土層的厚度與地表、地下溫度關係密切。

當天氣變暖時凍土層就會融化，我們稱這種凍土為季節凍土。但在有些地方存在一種持續多年不化的凍土，那就是多年凍土。如在北極、青藏高原，因為那裡常年溫度都在零度以下，所以凍土就會保持常年不化，即使在溫度偏高的年份，只是表面一小層土壤被融化，深層仍然是堅硬的凍土。

凍土的存在主要受溫度的影響，緯度越高的地方溫度就越低，多年凍土主要分佈在亞歐大陸和北美洲的北部，南半球陸地面積少，凍土的面積少。另外，從地面往高空，越往高處溫度越低。有些高山上的溫度常年也都低於零度，如美洲的安第斯山脈，非洲的乞立馬扎羅山以及我國的青藏高原，那裡的坡地、山峰終年積雪。所以中低緯度的高山和高原上也存在多年凍土。

我國高緯度多年凍土主要集中分佈在大小興安嶺，面積為38-39萬平方公里；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、五台山等地。

前蘇聯和加拿大近一半的領土都是凍土層，阿拉斯加有85%的土地都是凍土層，赤道附近的乞力馬扎羅峰頂也發現有多年凍土。年平均溫在0℃以下，一般都在-10℃至-17℃，冬季氣溫可低至-40℃，甚至-55℃，夏季溫度也很低，7月份平均溫度不超過10℃，全年結冰日長達240天以上。好山與漠土年均溫也很低，一般為-4℃至-12℃。凍土區降水很少，歐洲部分為200—300毫米，亞洲和北美洲北部在100毫米以下，西藏凍漠土區因地勢高、遠離海洋，降水更稀少，一般為60～80毫米，其北部更少，為20～50毫米，其中90%集中於5—9月。降水雖然少，但氣溫低，蒸發量不大，長期冰凍，土壤濕度很大，經常處於水分飽和狀態，夏季土壤—母質融化，砂土可達1～1.5米，壤土70～100厘米，泥炭土35～40厘米，以下即為永凍層，高山凍漠土在寬谷、湖盆永凍層深度80厘米，山坡上可達150厘米。

凍土是一種對溫度極為敏感的土體介質，含有豐富的地下冰，凍土中有一定數量的未凍水存在。不含冰的岩土稱為寒土。因此，凍土具有流變性，其長期強度遠低於瞬時強度特徵。正由於這些特徵，在凍土區修築工程構築物就必須面臨兩大危險：凍脹和融沉，凍脹是因為凝結的冰塊非常堅固，膨脹的冰塊將土頂上來，並形成大土包。中國的青藏鐵路全長1956公 里，其中有長達550公里的地段需要通過凍土層，其中風火山隧道全部位於永久凍土層內，另外還有長達111公里的“片石層通風路基”。工程師需要透過多種方法如：石氣冷、碎石護坡、以橋代路、熱棒降溫等方式使凍土層的溫度穩定，以避免因為凍土層的轉變而使鐵路的路基不平，防止意外的發生。中國專家指出，青藏鐵路的凍土區使用了“熱棒”技術，所謂的熱棒是一根根中空密閉的鋼管，直徑約15厘米，高約2米，裡面注入氨水，並將熱棒的一部份埋入地下，由於上下的溫差會讓氨水變成氣體上升，帶走熱量，可用以降低凍土的溫度，到了夏季，熱棒則停止工作。2005年10月12日青藏鐵路全線貫通，凍土層行車時速為100公里。

凍原依據其地理位置，可分為北極凍原、南極凍原及高山凍原三大類。西伯利亞西部凍土層含有大量的甲烷，達七百多億噸，佔全球地表甲烷總數四分之一。近年來由於受全球氣候變暖的影響，世界各地的凍土有解凍的情況發生，近50年來，北半球凍土面積縮小了300萬—400萬平方公里。青藏鐵路最終克服凍土工程，成為中國引以為傲的成就，但有科學家指稱，隨著全球暖化的情況日益嚴重，青藏高原的永久凍土層正在迅速融化中，造成凍土區域的地面不穩定性，再加上青藏高原地震活動頻繁，使得青藏鐵路的未來抹上一層隱憂。無論哪一類凍原，佔優勢的植物都是草、苔蘚和地衣。在森林和凍原之間的過渡地帶稱為樹木線。

在地質學里有一門專科叫作凍土學，專門研究有關凍土層的地質特性。

俗話說：“冰凍三尺，非一日之寒。”北方地區，冬季溫度常在0℃以下，潮濕的土壤呈凍結狀態，這種現象在氣象學上稱為凍土。溫度愈低且持續時間愈久，凍土層便愈厚。根據埋人地面氣象觀測場中的凍土器內水柱凍結的部位和長度，可探測凍結層次的上限和下限深度。

進入北極圈，凍土厚度可達200～600米，有的地方甚至達到了1000米。在北冰洋沿岸，凍土層厚達400～900米，這裡是世界上凍土厚度最後的地方，最厚的地方達1400米。

在世界各地，凍土帶佔據蘇聯領土的一半，加拿大和阿拉斯加的大部分地區，地球陸地面積1/4。我國凍土帶主要分佈在北緯30度以北的廣大地區，此線以南幾乎不見凍土。西部川陝地區由於山脈地形屏障，北緯33度以南未出現過凍土現象。

凍土最深的地方是在大興安嶺北部、新疆和青藏高原，例如，內蒙古的二連浩特和新疆的烏恰都在300厘米以上，位於新疆天山腹地的和靜縣巴音布魯克氣象站，曾記錄到439厘米的深度，是我國凍土記錄中的冠軍。

在高山或高原上的凍土，有些年份常延至盛夏才能融化，還有至9月份未化完的，新的一年的凍土過程又開始了，實際上這些地區已逐漸向永久凍土層過渡。大約在年平均氣溫低於-5度，便會有永凍土存在，青藏公路昆崙山北坡、西藏北部安多地區永久凍土層厚達80—100米；

山西省海拔2896米的五台山氣象站1976年修建上山公路，在頂段一米深也有經夏不化的永凍土存在。

我國永凍土面積約有214.8萬平方公里，主要集中在青藏高原和大小興安嶺地區。

凍土氣象觀測資料對建築、工程施工、交通運輸和農田水利建設都具有重要意義。在季節性凍土地區埋設輸油管道和自來水管等地下管道時，需在冬季採取加熱或絕熱措施，或者深埋至最大凍土層以下，以免有凍裂的危險，但過深則會造成人力、物力的浪費；房屋地基也要在最大凍土深度以下，以保證堅固安全；春季凍土融化使道路返漿，不便行走和運輸、並對農業生產和人民生活造成重大影響。