这些长在地上的“碎冰冰”、“圆圈圈”和“碎石石”，都是从哪里来的？

冻土，一种低于零摄氏度并且含有冰的特殊土体，分布在全球的高纬度和高海拔地区，如我国的大小兴安岭、青藏高原等地。

冻土具有极其特殊的性质，因此可以形成多种奇特的冻土地貌，本文要提到的这些“黑魔法”就是冻土造成的。

01

地下水要冒出来啦

形成冻土的一个重要条件就是土体中含有水，当这些水在不断冰冻、融化的过程中，就会形成很多有趣的地貌。

地下冰，顾名思义就是在多年冻土中形成的冰，有分凝冰、埋藏冰、脉状冰等。地下冰是多年冻土地区极为重要的水资源，地下冰的存在对冻土工程和气候变化等产生极大的影响。

地下冰。图片来源：维基百科

冻胀丘指的是在冰冻条件下，由于冰增加而引起土壤向上膨胀的地貌。具体而言，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，就会产生聚冰层。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，就形成了冻胀丘。

冻胀丘是我国多年冻土区可以经常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1~2米，有的可达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。

冻胀丘剖面。图片来源：维基百科

在多年冻土地区，有时老远就可以看到银光闪闪的冰体，这就是冰锥。冬季融化层回冻，地下水压力增大，冲破上覆土层溢出地表，溢出口冰体逐渐增大升高，并呈锥形。溢水边流边冻，并沿原地下水流路延伸，这样就形成了冰锥。

冰锥的形状、大小变化很大，有的直径2~3米，有的呈冰坡延伸几十米乃至数百米，有时带有几个溢水口。冰椎在冻土地区分布非常普遍。

融化中的冰锥。图片来源：中国科普博览

02

冻土也喜欢围圈圈

你见过一圈圈的碎石吗？冻土特有的冻融分选作用会使不同的物质分离，因此这种“围圈圈”的现象在冻土区就比较容易出现了，石环和冻胀草环是比较典型的“围圈圈”地貌。

在平缓而又粗细混杂的地表层，经冻融分选作用，泥土和小的岩屑集中在中间，岩块就会被排挤到周边，呈多边形或近圆形，好像有人有意识地将石头成一圈，这种冻土地貌叫作石环。

石环。图片来源：维基百科

形成石环的地段一定要岩石块和泥土粗细混杂，并且还要求有充足的水分，气温在零摄氏度上下波动的持续时间要长一些。只有这样，夹杂在泥土中的石块才会被挤出来。

石环常见于离河滩不远的平地或河流出山口，因为这里具备石环形成的条件。

冻胀草环在地表面构成草皮的多边形或近似圆形，其间裸露布满岩屑碎石。这是冻土区比较少见的一种冰缘地貌形态，中间赤黄，周边碧绿，异彩夺目。目前科学家对它的形成机制和过程还不十分清楚。

冻胀草环。图片来源：参考文献[1]

03

冻土中的“碎石石”

由于存在裂隙，在水分冻结膨胀情况下，岩石破裂成很多小块，或者因温度变化，组成岩石的矿物不均一地热胀冷缩，造成岩石破裂。在这种情况下就会产生大量大小不等的棱角状岩块及岩屑，在地形平缓的条件下，大多岩屑在原地残留下来，形成碎石覆盖地面，这就是石海。

石海。图片来源：维基百科

石海在我国青藏高原、西部高山及大兴安岭北部冻土区均有分布。发育石海不仅要岩石坚脆、存在很多裂隙，还要有一定的水热条件。即岩石要有一定的水分，同时水分的温度变化要大，气温在0℃上下持续波动的时间要长。

石流坡的物质来源及产生与石海大体相似，但二者出现的地貌部位不同。石海多见于平缓的山项，石流坡则出现在山坡。

石流坡的岩块、碎屑，除在斜坡原地经寒冻风化产生外，还有受重力作用从山上滚落的。这样就决定了石流坡的组成物质是上细下粗，坡上方多是小的岩屑，坡下方主要是大的岩块。

石流坡。图片来源：维基百科

石流坡是多年冻土地区常见的一种冰缘地貌形态，在大兴安岭和我国西部高山、高原冻土区有广泛分布，几乎到处都可以看到。

在天然条件下，地表物质常常是粗细混杂的。由于石块和土的导热性能不同，因此冻结速度也各不一样。碎石导热率大，就会先冻结，水就会向石块附近迁移并在其附近形成冰，水形成冰后体积就会膨胀，使碎石产生移动，这样，粗的物质和细的物质就会产生分离，这种现象科学家们称之为冻融分选作用，因为它就像筛子一样，将不同的物质分离。

石条就是由于石流坡上的碎石经反复冻融及冻融分选使碎石汇集于低处，又经重力作用顺坡向下延伸而形成的。因此石条常常与石流坡同时存在，碎石与细粒物质呈条形相间顺坡排列。

石条，石流坡的“兄弟”。图片来源：维基百科

由寒冻风化产生的岩块、岩屑，在重力作用下汇集到斜坡下的沟槽内，碎石沿沟槽徐徐向下移动，形成一条用石头填满的小河，故取名石河。

石海、石流坡、石河乃是同族兄弟，彼此存在着有机联系，往往在同一山地同时出现，常常是山上巨石铺地，山坡碎石遍布，山麓碎石成流。

石河。图片来源：维基百科

大自然的“碎石石”是岩石处于特殊的冻土环境中才能形成的，其形式虽然奇特，但只有人类悉心呵护脆弱的冻土环境，才能使其给人类带来持续的震撼。

参考文献：

[1] Hjort, Jan. (2006). Environmental Factors Affecting the Occurrence of Periglacial Landforms in Finnish Lapland: A Numerical Approach.

出品｜科普中国

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