凍土的“黑魔法”（上）：碎冰冰和圓圈圈

凍土，一種低于零攝氏度并且含有冰的特殊土體，分布在全球的高緯度和高海拔地區(qū)，如我國的大小興安嶺、青藏高原等地。凍土具有極其特殊的性質(zhì)，因此可以形成多種奇特的凍土地貌，本文要提到的這些“黑魔法”就是凍土造成的。

地下水要冒出來啦

形成凍土的一個(gè)重要條件就是土體中含有水，當(dāng)這些水在不斷冰凍、融化的過程中，就會(huì)形成很多有趣的地貌。

圖1 地下冰

（圖片來源：維基百科）

地下冰，顧名思義就是在多年凍土中形成的冰，有分凝冰、埋藏冰、脈狀冰等。地下冰是多年凍土地區(qū)極為重要的水資源，地下冰的存在對(duì)凍土工程和氣候變化等產(chǎn)生極大的影響。

圖2 凍脹丘剖面

（圖片來源：維基百科）

凍脹丘指的是在冰凍條件下，由于冰增加而引起土壤向上膨脹的地貌。具體而言，冬季季節(jié)融化層由上而下和由下而上凍結(jié)，過水?dāng)嗝婵s小，凍結(jié)層上水處于承壓狀態(tài)，同時(shí)凍結(jié)過程中水分發(fā)生遷移，就會(huì)產(chǎn)生聚冰層。隨凍結(jié)面向下發(fā)展，當(dāng)凍結(jié)層上水的壓力大于上覆土層強(qiáng)度時(shí)，地表就發(fā)生隆起，就形成了凍脹丘。

凍脹丘是我國多年凍土區(qū)可以經(jīng)?？吹降囊环N凍土地貌。凍脹丘底部的直徑由幾米到幾十米，高1~2米，有的可達(dá)3~5米。凍脹丘表面經(jīng)常存在縱橫交錯(cuò)的裂隙。我國已知最大的凍脹丘在青藏公路62道班，它底部直徑40~50米，高達(dá)20米。

圖4 融化中的冰錐

（圖片來源：中國科普博覽）

在多年凍土地區(qū)，有時(shí)老遠(yuǎn)就可以看到銀光閃閃的冰體，這就是冰椎。冬季融化層回凍，地下水壓力增大，沖破上覆土層溢出地表，溢出口冰體逐漸增大升高，并呈錐形。溢水邊流邊凍，并沿原地下水流路延伸，這樣就形成了冰椎。

冰錐的形狀、大小變化很大，有的直徑2~3米，有的呈冰坡延伸幾十米乃至數(shù)百米，有時(shí)帶有幾個(gè)溢水口。冰椎在凍土地區(qū)分布非常普遍。

凍土也喜歡圍圈圈

你見過一圈圈的碎石嗎？凍土特有的凍融分選作用會(huì)使不同的物質(zhì)分離，因此這種“圍圈圈”的現(xiàn)象在凍土區(qū)就比較容易出現(xiàn)了，石環(huán)和凍脹草環(huán)是比較典型的“圍圈圈”地貌。

圖4 石環(huán)

（圖片來源：維基百科）

在平緩而又粗細(xì)混雜的地表層，經(jīng)凍融分選作用，泥土和小的巖屑集中在中間，巖塊就會(huì)被排擠到周邊，呈多邊形或近圓形，好像有人有意識(shí)地將石頭成一圈，這種凍土地貌叫作石環(huán)。

形成石環(huán)的地段一定要巖石塊和泥土粗細(xì)混雜，并且還要求有充足的水分，氣溫在零攝氏度上下波動(dòng)的持續(xù)時(shí)間要長一些。只有這樣，夾雜在泥土中的石塊才會(huì)被擠出來。

石環(huán)常見于離河灘不遠(yuǎn)的平地或河流出山口，因?yàn)檫@里具備石環(huán)形成的條件。

圖5 凍脹草環(huán)

（圖片來源：參考文獻(xiàn)[1]）

凍脹草環(huán)在地表面構(gòu)成草皮的多邊形或近似圓形，其間裸露布滿巖屑碎石。這是凍土區(qū)比較少見的一種冰緣地貌形態(tài)，中間赤黃，周邊碧綠，異彩奪目。目前科學(xué)家對(duì)它的形成機(jī)制和過程還不十分清楚。

參考文獻(xiàn)

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

出品：科普中國

作者：地球故事團(tuán)隊(duì)

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