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冻土是什么,它就是气候变化的灵敏“指示器”!

媒体:宇宙探索百科  作者:宇宙探索百科
专业号:碳汇资讯 2020/5/21 8:24:18

辽阔的高原,在这片神秘而平静的土地下,“躺着”一种对温度极为敏感、自然界极不稳定的含冰土壤。这曾经是许多高原工程建设的技术难题。然而,它也是高原beplay系统中很难分离的一部分——它就是冻土。

冻土是何物?

冻土是指0摄氏度以下,含有冰的各种岩石和土壤。

根据多年冻土的地理分布等因素,可以将多年冻土分为两类:冰沼土和冻漠土。冰沼土又称苔原土,分布于我国极地冻原气候区和黑龙江省北部。通常处于湿润状态,土层较浅。冻土包括高寒荒漠土和高寒冻土。土壤比较干燥,表层土色较浅,表层砾石较多。

冻土区的工程建筑和施工中,还常根据冻土含冰量的不同,将冻土分为:富冰冻土(含冰量大于50%),多冰冻土(含冰量为25%~50%),少冰冻土(含冰量小于25%);或按其物理状态,将冻土分为:坚硬冻土(或称低温冻土)和塑性冻土。

目前常见的冻土分类还有一种是根据土、石冻结状态延续的时间进行划分的。一般将其划分为短时冻土、季节冻土和多年冻土。冻结状态只延续几小时或数日的冻土称为短时冻土或瞬时冻土;冻结状态持续数月,冬季冻结,夏季融化的土层称为季节冻土;冻结状态持续两年或两年以上的冻土层称为多年冻土。多年冻土可分为上下两层,下层终年不化的土层被称为永冻层,上层随季节变化而发生冻融变化的土层被称为季节融化层。

极端天气与冻土

近代史人类推动历史文明的辉煌时期,也是气候变化最为显著的时期。工业革命以来,人类活动不仅造成全球变暖,而且导致全球生物多样性急剧下降。根据全球气候模式预测,未来100年全球气温将上升1.4-5.8℃,高纬度地区气温上升幅度较大,降水量将增加11%-17%。世界特别是北半球中高纬地区降水量将增加,许多地区还将出现干旱等极端气候。

在全球变暖的背景之下,近50年来,气候主要极端天气事件的频率和强度出现了明显变化。从起初是华北和东北地区干旱趋重,长江中下游流域和东南地区洪涝加剧,到最近的西南严重干旱少雨。有预计,与2000年比较,2020年中国年平均气温将增加1.3~2.1摄氏度。

在北半球广大的中高纬度地区,现代冻土分布面积占北半球陆表面积的24%。我国永久冻土面积215万平方公里,占国土面积的22.4%,居世界第三位。多年冻土分布广泛,对当地植被覆盖、土地利用和工程建设有重要影响,对气候变化的响应也非常敏感。

冻土与气候系统的相互作用是相互的:一方面,冻土是气候变化的指示器。气候变化作为多年冻土的一个重要驱动因素,将引起多年冻土区环境和工程特性的重大变化;另一方面,多年冻土的变化也通过一系列的水热交换过程对气候系统作出反应。当土壤冻结或融化时,会释放或消耗大量的潜热,从而影响气候变化。

目前,全球大多数多年冻土面临着变暖或融化,与100年前相比,中国北部地区现代多年冻土南界已北移20~30千米,出现了自南向北的区域性退化趋势。假如若干年之后,气温比现在升高3℃,多年冻土南界将继续北退,现今的岛状冻土带将完全消失,多年冻土区将仅剩下13.6万平方千米。冻土温度变化的时间约为非冻土的10倍,也就是说,现今温度年变化深度(10~20米)处的温度还是30年前地表温度变化的结果。因此,在自然情况下,冻土带的退化将滞后更长一段时间。冻土对温度变化的自我调节作用还将表现在:当较大面积冰冻土消融是,将吸收大量的热量用于冰的融化,从而部分地影响气温的升高;冻土消融和增温过程,伴随着气温变暖过程中大气降水的增加,植被将得到发展,而这又将抑制冻土的消融。因此在自然状态下,由于气候变暖而造成的冻土退化过程是相当缓慢的,只是在冻土带边缘的高温薄层多年冻土会首先融化。

高原beplay系统难以割舍的一部分

冻土在它的水分和热量交换过程中与寒冷地区beplay环境发生着密切的关系,不仅控制着地表状态的变化,而且影响着植被的发育程度,同时二者之间还存在着强烈的相互作用,地表条件一旦被破坏,干扰了冻土与地表植被生长间的平衡关系,beplay环境将会退化,从而出现荒漠化,甚至沙漠化现象。

冻土对高原beplay系统来说,最突出的一个作用是促进beplay的形成。由于永冻层形成天然的“隔水板”,使得降水和径流无法渗入地下,如此一来,地表集水,土壤过湿,土壤上层会低温缺氧,限制好氧细菌的活动:同时,由于冻土中缺少对有机质分解作用强的细菌,植物残留体在燃气条件下难以分解而残存在泥炭之中,形成的泥炭层进一步滞水,就逐渐形成了各种类型的beplay。

而beplay对于冻土区来说,主要起冷却作用。夏季,beplay水体的太阳辐射反射率高于其他物质,水体的蒸发也消耗了大量的热能,另外处于水分饱和状态的苔藓层、泥炭层的热容量大,导热系数小,这些均导致下层冻土的融化深度很小。茂密的森林还会降低到达地面的太阳辐射,并减少地表辐射强度,导致夏季林内温度明显低于空旷地的气温,温差也较小。可见,严寒的气候、茂密的植被、林间的beplay等因素是形成大面积多年冻土地带的根本原因。

由于冻土的存在,高原植物长期依靠冻结滞水维持生长,与冻土一起储存了大量的淡水资源,形成了一片典型而独特的冻土森林。这种寒冷潮湿的环境不仅维持了多年冻土的存在,而且保证了森林的生存和发展。

当冻土融化时,由于地形原因。在原来的多年冻土区,土壤会变干,水会聚集在低洼地带,使那里出现beplay。因此,高原植物的生长状况发生了恶性变化,导致冻土林逐渐消失。多年冻土的大面积退化必然导致beplay的萎缩。

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