[科普中国]-永冻土退化

释义

永冻土的本质是地层中的水分冻结对岩土性状的一种改变，是一个状态变量。所以狭义上的永冻土退化是一个与冻结状态对应的概念，即指多年冻结层的消融和消失，是“质变”过程；同时，永冻土是地面热量支出大于收入长期积累的结果，永冻土状态与外界气温存在一个动态平衡关系，如果不考虑永冻土对气温响应的滞后，理论上只要气候变暖，出现不利于永冻土保存的情况，从广义上讲其就处于退化状态，是“量变向质变”的发展过程。1

退化原因根据赵云云等的研究，永冻土退化的原因主要包括以下几个方面：

（1）全球气候转暖。温度上升趋势与冻土退化幅度相呼应；

（2）降水因素。在雨季的间歇期，处于高温阶段，蒸发量很大，土壤容易干旱。因此，在降水期内，大气降水和地表水给予地下水充足的水量补给，同时也伴随着水热交换，从而引起冻结层上界慢慢消融、退化。

（3）地下径流作用。地下水对多年冻土层起加温作用，导致高原永冻土在平面上分布的连续性变差和厚度减薄，并对永冻土的形成和演化有极大的影响。

（4）冻土自身的性质。岩土成分和性质主要是通过其热物理性质和含水量来影响冻土的发育。坚硬岩石的导热系数一般大于第四纪松散层的导热系数。所以，在其他条件等同情况下，坚硬岩石中冻土层厚度是松散层中的1.3-1.5倍。在岛状冻土区，岩性和含水量对冻土岛的生存起决定作用，土颗粒越细表面能越大，其持水能力越强，一般细颗粒地层要比粗颗粒结构的地层含水量大。在相同的气候条件下，潮湿的细粒土在冬季散失的热量大，融化时所消耗的热量就会更大。冻土的导热系数大于融土的导热系数，冻土的热融量小于融土的热融量，冻结速度要比融化速度和深度大。因此，潮湿细粒土的季节融化或冻结速度要比粗粒小。

（5）植被、沼泽的覆盖。植被处于大气和岩石圈之间，参与它们之间的热量交换，热量条件的变化必然要影响永冻土；沼泽化草甸土壤通气不良、温度较低、微生物活动较弱等，有利于永冻土的保温。因此，植被、沼泽能够减小进入土层的热量，起到降温作用。

（6）人类活动的影响。随着经济能源的开发、公路和铁路的修建、草场资源的不合理利用等，对冻土退化有促进作用。因此，人类活动的影响已成为永冻土退化不可忽视的因素。1

青藏高原冻土退化情况近20年来青藏高原冻土分布的表现是，永冻土在不断萎缩、季节冻土不断增加。冻土相对面积减少4.3%，约3.1万km2，相应的季节冻土面积增加3.1万km2。由于季节冻土面积增大、永冻土萎缩、冻土下界上升、冻土温度上升、季节冻结时间缩短、冻土深度变浅等一系列的退化问题，使冻土控制植被成为适应寒旱生境的年轻植物区系、冻土中的大厚度区域性隔水层及其活动层对水资源的调节作用等特殊生态环境功能减弱，影响工程建筑稳定性的冻胀、融沉地质功能增强，从而加速了高寒草场的退化和地表水资源的减少，引发出更多的冻土区工程地质问题。而青藏高原连续永冻土区内某些融区的出现，特别是深埋藏永冻土层的发现，说明这种情况不是偶然的。地面温度的突变升温可能来自地面状况的改变，如植被的破坏、动水被覆盖等，青藏公路沥青路面铺设以后下覆永冻土的变化是可以检测到的最好证明；也可能来自气温的突变，如在十几米深度处发现古冻土上限。2

我国东北部地区冻土退化情况据何瑞霞等的介绍，目前，东北北部永冻土呈区域性退化状态，它是全新世小冰期以来冻土退化的继续和加强，冻土退化主要表现在以下几个方面：

（1）冻土南界北移，总面积减小。根据1991-2000年间年平均地温的平均值及其与永冻土南界的统计及半经验关系，东北冻土南界已显著北移，幅度可达50-120km。大、小兴安岭永冻土面积由20世纪70年代的3.9×105km2减少到目前的2.6×105km2，总面积减少了约35%。

（2）活动层加深、局地冻土岛消失。小兴安岭某林业局曾做过调查，20世纪50年代，该区管辖范围内冻土岛占全区面积的10.5%，80年代冻土岛几乎消失。大兴安岭地区1986-2000年观测资料表明，活动层厚度逐年增加，观测区阴坡下部融深增加25cm，阳坡下部融深增加85cm，湿地下伏冻土融深增加66cm，浅层土壤年平均温度由1.6℃增至2.6℃。

（3）冻土温度升高、厚度减薄、稳定性降低。人为活动频繁的地段对冻土环境的破坏极为严重，导致局部地段冻土地温升高相当明显，退化强度加大。与100a前相比，在东北地区现代永冻土区内，融区范围在扩大。季节融化层底面平均温度在近10a来增高了1℃以上。在季节冻土区，近40a来有67%的测站季节冻结层的平均温度在上升，升幅可达0.6-1.4℃。冻土退化也导致冻土的热稳定类型变化，融区扩展和一些对气候变暖敏感的冰缘作用如热喀斯特作用和热融滑塌的增强。由此可见，气温并非是影响永冻土的唯一因素，就某一局地来说，除气温因素之外，地形、地面状况、地层性质、雪盖等都显著影响永冻土存续和状态，有时局地因素甚至在小的时间尺度和空间尺度内对永冻土的影响占主导作用，这决定了永冻土分布的复杂性，同时也导致永冻土在退化过程中非同步和同幅，使问题复杂化。然而相比永冻土变化的时间尺度，人类监测其变化的时间几乎是其中的一瞬，永冻土的历史分布变化可以从某些冰缘构造（如冰楔假形、砂楔、古冻胀丘遗迹、地层中的冻融挠曲等）中判读，而其退化的过程和方式则很少留有可资参考的证据。2