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不管是攀登雪峰,还是在高纬地区渐渐靠近极地,最后的一抹绿色,通常不会与银白的冰雪直接相连。
在它们的中间,往往会有一段裸露地表,这就是冻土地貌(图1~2),因为紧挨着高山或极地的冰川,在学术上也被称为“冰缘地貌”。
图1 珠穆朗玛峰,积雪往下的黑褐色即冻土地貌
图源网络
图2 从草甸向上过渡到冻土
2015年6月作者摄于青海门源南山
(海拔约3800m)
冻土是形成冻土地貌的基础。虽然冻土被称为“土”,但并不仅是土,它是处于零温或者负温,并含有冰的各种土体或岩体。注意哦,岩石也可以是冻土的组成部分。冻土也不一定是永远冻结的,如果会发生季节性融化,就是季节冻土;终年不化的称为多年冻土。多年冻土主要分布在气候很寒冷的地区。首先是高纬度地区,如北极圈附近的1000多万平方千米的土地,还有南极大陆的边缘都有冻土出露。图4 北半球冻土的大致分布
图源《地理学与生活(第11版)》
再就是中低纬度的高海拔地区,如青藏高原大部、秦岭最高处的鳌太线和太白山(海拔3500~3771 m)、赤道附近的乞力马扎罗山(5892 m)和查亚峰(4884 m)、南半球有安第斯山脉南段和新西兰的高山等。左图:图5 我国冻土分布(图源网络)
右图:图6 秦岭之巅太白山的冻土地貌
右图:作者摄于2020年7月(图中位置海拔约3700m)
为多年冻土南界约为48°N,一般气候越寒冷,多年冻土层越厚。在北美洲,北极圈内的多年冻土可厚达数百甚至上千米,北极圈外往南逐渐变薄,也开始变得离散。离散的冻土称为“岛状冻土”。在纬度和海拔相同的条件下,大陆性半干旱气候区的冻土厚度要比海洋性气候区的更大。而且地形(海拔、阴坡/阳坡、坡度等)、洋流、植被和雪盖等因素,会通过影响气候冷暖,进而影响多年冻土的分布状况。(雪盖:覆盖在陆地、海冰表面的积雪层)此外,岩性对冻土的分布也有影响。例如其他条件均等的前提下,相比砂土,黏土孔隙小,导热率低,不易透水,更利于冻土的发育。图7 北美洲多年冻土厚度随纬度变化示意图
(底图来自公众号“高考地理”,有改编)
从上图中可以看到,有的季节冻土是覆盖在多年冻土之上的。气候越寒冷,季节冻土越薄,多年冻土越厚且埋藏越浅。相对极圈附近,纬度更低、气候较温暖的地区,如我国北方大部,就只有季节冻土。那不一定的。比如西伯利亚,虽然都属于冻土区,但很多地方的地表是亚寒带针叶林带。图8 亚寒带针叶林 | 图源:百度
我国在修建哈大高铁(哈尔滨-大连)时,也需要克服冻土带来的施工困难,但它穿过的自然带属于温带落叶阔叶林带,这里显然也不是典型的冻土地貌。冻土地貌的形成,需要温度在0℃上下发生周期性的变化,土层可产生冻胀、融沉、还有融化后的流变等应力变形(受到力的作用,发生形状上的改变)。地表不能有太丰富的植被,因为植被及它们的枯枝落叶对地表温度有调节作用,会在一定程度上阻挡冻土与外界的热量交换,使冻土的变形、流变作用减弱,导致冻土地貌不够明显。所以,我们看到的冻土地貌通常是裸露的,或者只有苔藓、草甸那样的低矮植物覆盖。图9 冻土上的苔藓 | 图源:百度
冰的密度是0.9g/cm3,水的密度是1g/cm3。所以,相比同质量的水,冰的体积更大。当土体中所含的水冻结,土体体积增大,地表向上突起;反之,冻土中的冰融化,其体积就会减小,地表会发生凹陷,融化后的岩体或土体还可能发生流动。“胀缩”与“流动”使地表变得凹凸不平,同时会引发基岩或土体的裂解,地表形态随之改变,形成冻土地貌。显然,冻土含水越多,体积越大,对地表的塑造能力越强。图中楔子一样的冰体是“冰楔”,
当然冻土里的水或冰不一定是楔子形,
它可以藏身在岩土的任何形状的裂隙或孔隙中,
与外界热量交换并“热缩冷胀”,进而塑造地表形态。
图10 冻土地貌的形成,从平整到凹凸不平
图源:《现代自然地理学(第二版)》
冻土地貌主要有流石滩、石海、石河、石环、多边形土、冰丘、热融湖等。下面我们将分组介绍它们的成因。基岩有热胀冷缩作用,冻土有热缩冷胀作用,在双方冷热胀缩的加持下,各自的岩体渐渐崩解,日久天长形成大量的碎石(典型的物理风化过程)。图11 台湾玉山的流石滩
玉山是中国除了青藏高原和新疆山系的最高山,
海拔3952m。图源:百度百家号
碎石要是留在相对平坦的地面,你站在其中,会觉得身处一片“石头的海洋”,这就是石海。
图12 海子山石海
图源:《现代自然地理学(第二版)》
如果这些石头堆在沟谷中,然后在重力作用下缓慢向下移动,就会形成石河。
图13 弯弯“流淌”的石河
石河流动速度很慢,一年不到2m
图源:《现代自然地理学(第二版)》
如果地表较平坦,可以留下松散的堆积物。由于堆积物底下有冻土,所以经过长期冻融作用,地表的堆积物产生了大量裂缝,裂缝相互交错形成了具有多边形的地貌,这就是多边形土。图14 多边形土
图源:《现代自然地理学(第二版)》
从垂直剖面上看,裂隙成楔(xiē)形,在多年冻土区,地表水会周期性地在裂隙中冻结,裂隙被冰体填充并不断扩大,这就是冰楔。在部分的多边形土上还可能发育石环。下图中,小粒径物质(砂土、碎石等)为中心,大粒径物质(砾石等)在周边成圆形的环状冻土地貌,就是石环。图16 石环地貌
图源:《现代自然地理学(第二版)》
冬季,土地冻结冻膨胀,整体抬升,其中较大的砾石也被抬高(如下图②所示)。砂土的导热率较砾石更高,所以春夏解冻时,砾石以外的砂土地面,更快解冻,这部分地面融缩下沉,恢复至原状。而砾石导热较慢,其下部仍冻结,相对于周围已融解的砂土而言,砾石还是呈现凸起的状态,位置相对升高(如下图③所示)。当砾石下部的冰开始融化时,出现的空隙很快被周围早已融化的细土和小砾石填充,它们垫在砾石下部,所以砾石被抬升,再也回不到原来的位置(如下图④所示)。这样的过程经过多次,最终砾石会逐渐被顶托到地面。④:砾石下部已融化,但孔隙被周围砂土填充,砾石位置上移。图17 冻融分选过程示意图 | 图源:中国国家地理
当大量砾石被顶到地面上后,会向四周地势较低的部位移动,最终形成了石环。当气温变低,冻土里的水被冻结膨胀,然后地表就鼓起来,这就形成了冰丘,也称冻胀丘。图18 一个冰丘,笔者2017年7月摄于新疆阿勒泰北山
(海拔约2400m)
反过来,当气温升高,冻土里的冰也能融化,土体变小,地表就可能形成塌陷。有的塌陷时间长了有了积水,就形成了热融湖。图19 一个热融塌陷(左)及附近的一处热融湖(右)
笔者2014年7月摄于阿勒泰北山(海拔约2600m)
青海省玛多县的星宿海,就是一个典型的热融湖群。这些湖泊在阳光的照耀下闪闪发亮,宛如夜空中漫天的星星。2021年广东卷的综合题就考到了这个地方,点击这个链接,可详细了解热融湖。👉冰天雪地里美得冒泡的湖泊——热融湖图源:诠摄汇网-《中国摄影报》
人类要开发高纬或高海拔地区,必须要经受冻土地貌的考验。在高纬度的西伯利亚、阿拉斯加,上世纪前中期修建了一些铁路,但之后数十年全球逐渐变暖,这里的冻土地基沉陷,导致铁轨出现了严重的扭曲。图21 阿拉斯加特鲁县受多年冻土融化的影响而扭曲
图源:《地理学与生活(第11版)》
在海拔高的地方也是如此,青藏公路曾经是交通事故频发的地段。其中很重要的原因是冻土的热缩冷胀,使路基变得凹凸不平,加大了司机驾驶的疲劳度,尤其是重型卡车,容易发生侧翻。图22 青藏公路两旁的散热棒 | 图源:《这里是中国2》
后期在修建青藏铁路时,很多路段干脆直接架桥,路基与冻土不直接接触,这样可减小冻土对铁轨的破坏以及行车的影响。图23 青藏铁路高架桥 | 图源:美篇网还有,冻土地貌区生态脆弱,对气候变化异常敏感,全球变暖对冻土和冻土地貌会有什么影响呢?- 冻土的分布面积、厚度会变小,原有的连续多年冻土也可能会破碎成为岛状;
- 一定区域内冰丘(冻胀丘)数量减少,或体积普遍变小;
- 随着高山雪线的上升,冻土地貌出现的海拔也会跟着上升;
- 气候变暖,冻土融化,土壤中液态水增多,苔藓、矮草等植被的覆盖率也会增加;
- 冻土融化,冻土层中的有机物分解为甲烷等温室气体,释放土壤中储存的碳元素,加剧全球变暖,影响动植的栖息地,还可能造成生态系统的退化。
相比冻土,我们今天的文章更侧重于介绍冻土地貌。这是因为关于冻土,我们之前已经专门写过文章了哦,点击这里的链接就可以找到👉7个问题,带你彻底搞懂冻土!
怎么样?通过今天的内容,有没有对冻土地貌多了解一些?欢迎在评论区分享你的学习心得哦!记得做完题再走~ Ps.题后有彩蛋哦川西北高原位于青藏高原的东北缘,高原面海拔4000 m左右,多季节性冻土。如下图,川西北高原的地貌垂直地带性明显。据此完成下面2个小题。
1. B
【解析】甲处海拔较高,坡度较大,位于流水地貌带,以流水侵蚀为主,乙处位于冰缘地貌带,应为冻融侵蚀;丙海拔较高,位于冰川地貌带,冰川活动、侵蚀明显。故B正确。
2. A
【解析】由图可知,海拔较高处为冰川地貌带,是因花岗岩强度高,抗寒冻风化能力强,不易被侵蚀,形成冰斗角峰,A正确,D错误。砂板岩构造,破碎较强烈,强度低,抗寒冻风化能力弱,且冰缘(冻土)地貌气候寒冷,土壤发育差,含土量并不高,B、C错误。故选A。
新中国成立之初,青藏高原的生态环境状况大多都是未知的,导致人们对当地资源环境难以合理地利用、管理或保护。于是我国从1970年代开始第一次科学考察,这次考察的主题是(针对以往未知的)“发现”。2017年,第二次青藏高原科学考察正式启动,本次考察的主题是(针对以往发现的)“变化”,以了解青藏高原作为世界“第三级”和生态脆弱区,近几十年人类活动的增强有怎样的响应,我们人类又该怎样应对。这次考察的一个成果是,发现高原上的湖泊等水体面积明显增加了。图5
参考本文图5,结合上述材料,试述近数十年青藏高原水体面积增加的原因。
【答案】近数十年气候变暖,加快了青藏高原上的冰川融化,湖泊等水体的水源增加;气候变暖也使部分冻土融化,地表下陷,形成更多的洼地接纳冰川融水,原有湖泊所在的洼地面积也会扩张,使其上的湖泊面积增大。以上这些导致了青藏高原水体面积的增加。文末彩蛋:笔者在门源南山冻土地貌上拍到的拟鳞叶紫堇,不爬这么高(3900m)根本看不到的~
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