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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。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，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。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。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。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。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。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。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。 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。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。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。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，一些密度较高的水流就会进入海洋底部，这里的水开始变得密集，部分原因是因为这里气温整体偏低，还有一部分原因是因为海冰的存在增加了海水的盐分。如果大量淡水的进入，海水温度相对就会升高而盐分自然就会下降。当海水的盐分降低，其驱动热盐环流的泵力就开始减弱，而泵力减弱的后果对欧洲北部地区来说会首当其冲，必然会出现气温的剧烈下降，就如同电影《后天》中所展示的场景。泵力减弱同时也会使得海洋输送流在各大洋中穿梭的速度减慢，进而会改变整个地球的降雨模式。英国雷丁大学气候研究中心董步文教授表示，如果北冰洋驱动热盐环流的泵力减弱，最糟糕的后果就是改变甚至是中断亚洲季风，一旦如此，整个南亚地区必将陷入万劫不复之地。如前所述，亚洲季风是南亚地区最主要的降雨来源，也是这块地球上人口最为稠密地区民众的主要水源。如果洋流输送给亚洲季风带来破坏，南亚地区20 亿人的生存将会面临重大危机，而这一区域的民众恰恰也是按照亚洲季风的模式来种植粮食及其他农作物。一旦亚洲季风被中断，该地区的饥荒就会一触即发，必然会引发严重的社会动荡。当然，对于洋流泵力减弱给亚洲季风带来的可能危害，现在尚不能完全预计。[1] 郑建彬.冻土措施评价.湖南交通科技.2018(6)[2] 朱保琴.北极冻土加速融化的致命风险.生态经济.2018（10）冻土可分为季节冻土和多年冻土。冬天含冰冻结、夏天全部融化的岩土被称为季节冻土，包括季节冻结层和季节融化层。读图（北半球）回答各题。A．季节冻结层水平分布的范围小 B．随着纬度的升高，季节融化层厚度增加C．季节冻结层多分布在极地附近 D．随着海拔的升高，季节融化层厚度降低A．季节冻结层每年6月开始产生 B．季节融化层每年6月开始产生C．季节冻结层每年9月达最大厚度 D．季节融化层每年9月达最大厚度【小题1】D 本题考查地理图表的判读能力。根据图示：随着纬度的升高，季节融化层厚度减小；随着海拔的升高，季节融化层厚度降低。所以本题选择D选项。【小题2】D 季节冻结从秋季开始，在冬春季节到达最大厚度；季节融化从春季开始，在秋季达到最大厚度。所以本题选择D选项。3.（2015年新课标卷I）（24分）阅读图文材料，完成下列要求。多年冻土分为上下两层，上层为夏季融化，冬季冻结的活动层，下层为多年冻结层。我国的多年冻土主要分布于东北高纬度地区和青藏高原高海拔地区。东北高纬地区多年冻土南界的年平均气温在–1°～1℃，青藏高原多年冻土下界的年平均气温约为–3.5°～–2℃。由我国自行设计、建设的青藏铁路格（尔木）拉（萨）段成功穿越了约550千米的连续多年冻土区，是全球目前穿越高原、高寒及多年冻土地区的最长铁路。多年冻土的活动层反复冻融及冬季不完全冻结，会危及铁路路基。青藏铁路建设者创造性地提出了“主动降温、冷却路基、保护冻土”的新思路，采用了热棒新技术等措施。图8a示意青藏铁路格拉段及沿线年平均气温的分布，其中西大滩至安多为连续多年冻土分布区。图8b为青藏铁路路基两侧的热棒照片及其散热工作原理示意图。热棒地上部分为冷凝段，地下部分为蒸发段，当冷凝段温度低于蒸发段温度时，蒸发段液态物质汽化上升，在冷凝段冷却成液态，回到蒸发段，循环反复。（1）分析青藏高原形成多年冻土的年平均气温比东北高纬度地区低的原因。（8分）（2）图8a所示甲地比五道梁路基更不稳定，请说明原因。（8分）（3）根据热棒的工作原理，判断热棒散热的工作季节（冬季或夏季），简述判断依据；分析热棒倾斜设置（图8b）的原因。（8分）（1）青藏高原纬度低，海拔高，太阳辐射强；（3分）（东北高纬地区年平均气温低于-1℃～1℃，可以形成多年冻土。）青藏高原气温年较差小，当年平均气温同为-1℃～1℃时，冬季气温高，冻结厚度薄，夏季全部融化，不能形成多年冻土。（5分）（2）甲地年平均气温更接近0℃，受气温变化的影响，活动层更频繁地冻融，（冻结时体积膨胀，融化时体积收缩，）危害路基；（4分）甲地年平均气温高于五道梁，夏季活动层厚度较大，冬季有时不能完全冻结，影响路基稳定性。（4分）（3）冬季。（2分）依据：冬季气温低于地温，热棒蒸发段吸收冻土热量，（将液态物质汽化上升，与较冷的地上部分管壁接触，凝结，释放出潜热，）将冻土层中的热量传送至地上（大气）。（3分）热棒倾斜设置的原因：使热棒能深入铁轨正下方，保护铁轨下的路基（多年冻土）。（3分）中俄石油运输管道——漠（河）大（庆）线，全长953千米，其中北部的512千米穿越了多 年冻土区。多年冻土分为活动层和多年冻层上下两层。地理学者研究发现多年冻土区的融沉、冻胀丘、冰锥等对管道的安全性构成了潜在的威胁。冻胀丘是指多年冻土区‘由土和地下水受冻胀作用形成的丘状地形，按其存在时间可划分为季节性冻胀丘和多年生冻胀丘。季节性冻胀丘每年冬季发生，夏季消失。（1）指出加格达奇多年冻土活动层和多年冻层的分界深度，并分别说明其季节特征。（4）以“治水”为核心，提出防治季节性冻胀丘危害管道的措施。(1)6米 多年冻土活动层冻土夏季融化，冬季冻结 6米以下的多年冻土层全年地温小于0C，全年处于冻结状态。(2)该地地势低洼，夏季有沼泽分布，有稳定的地下水补给(1分)，土壤含水量大 ;冬季过湿土壤冻结，体积膨胀上升形成冻胀丘。(3 )夏季冻士融化，管道沉降分，冬季土壤冻结的挤压力抬升管道，反复冻融使管道位移发生弯曲变形。(4 )地表开挖沟渠，排走地表水和地下水;在管道两侧的地下建设截水坝等阻水工程，阻止地下水流向管道 ;在冻胀丘上钻孔，排干丘内水分。青藏高原气候高寒，气温一般低于地温，是我国主要的冻土分布区，冻土土层可分为活动层和多年冻土层两部分．其中,活动层靠近地表，随着外界气温变化或冻或融；多年冻土则常年处于冰冻状态。青藏铁路格（尔木）拉（萨）段成功穿越了约550千米的连续多年冻土区，是全球目前穿越高原、高寒及多年冻土地区的最长铁路。活动层反复冻融及冬季不完全冻结，使冻土的体积发生膨胀和收缩，会危及铁路路基，为此青藏铁路的建设者们创造性地提出了低架旱桥、热棒技术、抛石路基等措施。其中抛石路基即用碎块石填筑路基，利用其通风透气性，隔阻热空气下移，同时吸入冷量，起到保护冻土的作用。左图是青藏铁路分布图，右上图是抛石路基结构示意图，右下图为片石护坡景观图。
（1）运用大气受热过程，分析青藏高原地区气温低于地温的原因。
（2）冻土活动层冬夏季的反复冻融，会对列车运行的安全产生怎样的不利影响，请简述其过程。（3）根据抛石路基的设计原理，判断其散热效果最显著的季节，并分析其原因。（4）专家建议，部分东西走向的路段的路基两侧增加片石护坡，且南侧厚度要大于北侧，试分析其可能原因。（1）青藏高原海拔高，空气稀薄，晴天较多;白天被削弱的太阳辐射较少，到达地面的较多，地面吸收后增温；但空气稀薄云量较少，对地面的长波辐射吸收较少，加之高原地区多大风天气，大部分热量散失掉，气温较低。（2）冬季的时候，冻土在冻结状态下，体积会发生膨胀，建在上面的路基和钢轨就会被顶起；到了夏季，冻土消融，体积收缩，路基和钢轨随之降下去;反复出现就会造成路基严重变形，铁轨出现严重弯曲、高低不平，影响列车行车安全。（3）冬季冬季气温较低，冻土易冻结，抛石路基利用其通风透气性，起到类似于通风管储冷的作用，加快路基的散热，减小因路基升温对冻土冻结产生的影响。（4）南侧为阳坡，增温较北侧快，增加片石护坡厚度可减缓外部温度的变化对冻土的影响，从而达到与北侧相近的温度，保持路基两侧降温的一致性。
*来源：滨州地理学科发展中心。“讲地又讲理”微信公众号对所有原创、转载、分享的内容、陈述、观点判断均保持中立，推送文章仅供读者参考，发布的文章、图片、视频等版权归作者享有。部分转载作品、图片如有作者来源标记有误或涉及侵权，请原创作者友情提醒并联系小编删除。
