冻土的“黑魔法”（上）：碎冰冰和圆圈圈

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。

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。

图1 地下冰

（图片来源：维基百科）

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。

图2 冻胀丘剖面

（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。

图4 融化中的冰锥

（图片来源：中国科普博览）

在多年冻土地区，有时老远就可以看到银光闪闪的冰体，这就是冰椎。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，这样就形成了冰椎。

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。

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。

图4 石环

（图片来源：维基百科）

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。

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。

图5 冻胀草环

（图片来源：参考文献[1]）

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。

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

作者：地球故事团队

监制：中国科普博览