五、冻土地貌

全球多年冻土面积为3500万km²，占地表总面积的24％。在极地及其附近地带和中低纬高山、高原地区，如果处于较强的大陆性气候条件下，地温常是零度或零度以下，地面无冰雪覆盖，土层上部常发生周期性的融冻，土层下部形成多年不化的冻结层，这样的土称为永冻土。冻土地区的主要外力作用是融冻作用，以融冻作用为主形成的地貌称为冻土地貌。我国冻土分布集中在48°N以北的黑龙江省北部地区、我国西部海拔4300～4500m以上的高山与高原区，面积共约250万km²，占全国面积的1/4左右。

(一)冻土和融冻作用

冻土是指温度保持在0℃以下含有冰的土层或岩层及温度很低而不含冰的土层。根据冻结时间的长短，冻土可分为季节性冻土(冬冻夏融的土)和多年冻土(长期冻结的土层，又称永冻土)。

多年冻土一般可以分为上下两层，上层为冬冻夏融的活动层，下层是常年(多年)不化的永冻层。活动层有两种状态，即夏季融化后为季融层，冬季再冻结则为季冻层。如果某年的冬季气温较高，地温也随之较高，冻结深度小于夏季融化厚度时，在季冻层的下面就会出现一个未冻结的融区。相反，如果某年的冬季较上年为冷，而夏季又较上年为凉，这样，夏季的融化深度可能小于冬季的冻结厚度，便在季融层的下面保留一层没融化的隔年冻结层。所以，各年因温度变化的差别，在活动层和永冻层之间往往会出现隔年融化和隔年冻结层。

冻土在地球上的分布，具有明显的纬度水平地带性和垂直地带性。在水平方向上，自高纬到中纬，多年冻土的埋藏深度逐渐增加，其厚度则不断减小，由连续多年冻土带过渡为不连续多年冻土带乃至季节冻土带(见图6-22)。例如，极地地区多年冻土层顶面与地表一致，其厚度可达千米以上，年平均地温低到－20℃；至连续多年冻土带南部(60°附近)，冻土的厚度百米左右，地温增高到－3～5℃；至冻土分布的南边界限附近(北纬48°左右)，冻土层的厚度仅1～2m，地温接近0℃。我国东北北部，属于北半球多年冻土带南部边缘地带范围，冻土层厚度20～30m。冻土在垂直方向上的分布，即在高山、高原地区的分布，主要是受海拔高度的控制。海拔越高，冻土埋藏越浅，厚度越大。例如我国西部高山地区，海拔每升高100m，冻土埋藏深度一般减少0.2m，厚度一般增加30m左右。冻土分布还受海陆分布、岩性特点、地形条件和植被等许多非地带因素的影响。所以，冻土的分布具有区域性特点。

图6-22　冻土的纬度分布性

土层和岩层中的水反复冻结和融化而引起土体和岩体的破坏、扰动、变形甚至移动的作用，称冻融作用。冻融作用有冰冻风化、冰冻扰动和冻融泥流等三种主要表现形式。所谓冻融风化则指土层或岩层裂隙中的水，在冬季或夜晚温度下降发生冻结时把岩石胀裂，并因冻结膨胀产生压力而把裂隙附近的岩石压碎成块石和更细的物质，它是冻土区一种最普遍的冻融作用形式。融冻扰动是指在多年冻土活动层内发生的，因受冻胀挤压而引起的一种土层结构的塑性变形现象。冻融泥流是指冻土层上部解冻时，融化的水使松散土层达到饱和状态，这种饱含水的土层因具有可塑性，在重力作用下发生沿斜坡蠕动的现象。冻融作用是冻土区一种主要的营力，通过冰冻风化、冰冻扰动和冻融泥流等形式，造成多种多样的冻土地貌形体。

(二)冻土地貌形体

1.石海

在较平坦的、排水较好的缓山坡上，冻融风化作用形成的石块，直接覆盖在基岩面上，这种布满块石的地面称为石海。石海的块石层，由粗大的石块组成。因块石层的透水性好，不易保存水分，块石被冻融分解缓慢；即使有少量细粒物质也多被融化带走，所以块石层很少有碎屑物质。

2.石河(石川)

大量冻融风化块石汇聚在凹坡或谷地中，在重力作用下，沿着下伏的细碎屑层或湿润面顺谷地整体徐徐向下滑动，呈线状的块石群体，称为石河。石河运动多发生在春季以后的升温时期，因在这时其下伏的土层开始解冻，变成湿润的土体，湿润的土层面便成为块石运动的滑动面。石河运动速度缓慢，如我国昆仑山石河运动的年平均速度不超过20～30cm。

3.多边形构造土

它是冻土区地表因冻胀而发生多边形破裂并被沙土充填的产物，又称几何形土或冰冻结构土，它是冻土层表面物质在冻融作用和冻融胀力推挤的影响下，运移、分选而成的一定几何形体的构造和微地貌现象，也是多年冻土的地貌标志之一，有石质多边形土和石环等多种形式。石质多边形土是一种以细土或碎石为中心、边缘为砾石圈围的具有不规则几何形体的构造土，是冻融分选作用所形成的。冻融分选包括垂直分选和水平分选。垂直分选的结果是粗砾升到表面；水平分选的结果是把到达地面的砾石再挤移动到边缘集中，它是由于土层物质精细度与含水量不同而引发的。在石质地面上，如果石质多边形体之间互不接触，多边形体的石链就会加宽，最后形成趋近于圆形的石环。石环的直径大小差别很大，在高纬度地区可达几十米，中低纬度的高山高原地区一般为几十厘米到几米。由于形成石环必须具有一定比例的细粒土(一般为总体积的25％～35％)，并且土层还要有较充足的水分，所以石环多发育在平坦湿润地带，如河漫滩、洪积扇边缘。在斜坡地上，冻融分选在重力和冻融泥流等作用参与下，则形成椭圆形的石圆及窄长带状的石带。

4.冻胀丘和冰丘

在冻土地区，由于冻结膨胀作用使土层产生局部隆起而形成的丘状地形称为冻胀丘。冻胀丘的形成是由土层中所含水分不均匀所致。冻胀丘的大小不等，一年生冻胀丘分布在活动层里，高几十厘米至几米，夏季消融，地面下沉，出现洼地，常引起地面变形，使道路翻浆等；多年生冻胀丘，深入到多年冻结层里，规模很大，高达10～20m，底部长150～200m，它们可存在几十年或几百年。冰丘是在寒冻季节溢出冻结地表的地下水和冒出冰面的河湖水经冻结后形成的丘状冰体。冰冻的成因与冻胀丘相似，它主要是由冻结后产生的承压水，从薄弱地方或从裂隙冒出地表和冰面，再冻结而形成的，到春末冰丘停止发展，并转向消融，直到融解消失。冰丘的形成与消失，可以影响交通道路和工程建筑的稳固性。

5.热融地形

热融地形是指冰冻层上部局部融化而产生的各种负向地形。在冻土地区，由于气候转暖或人为作用，如砍伐森林、开垦荒地、修库蓄水、开挖水沟，铲除草皮进行工程建筑等，破坏了地面原有的保温层，使土层中温度升高，引起活动深度加大，永冻层上部的地上冰发生融化，融水沿着土粒间的空隙排出，土体体积缩小，冰冻层以上的土层因重力压缩而产生沉陷，从而形成各种热融地貌。如沉陷漏斗、浅洼地、沉陷盆地等，它们积水后，形成热融湖，分布于多年冻土发育的平原或高原区。热融现象可引起路基沉陷，路面松软，水渠垮塌等不良现象发生。在山坡上，由于热融土体沿冻融面滑动，产生热融滑坡，也常对生产造成危害。