凍土是（外文名：frozen soil）指零攝氏度以下，并含有冰的各種巖石和土壤。一般可分為短時凍土（數(shù)小時/數(shù)日以至半月）、季節(jié)凍土（半月至數(shù)月）以及多年凍土（又稱永久凍土，指的是持續(xù)二年或二年以上的凍結(jié)不融的土層）。
凍土的形成受氣候條件、植被條件、地形、母質(zhì)條件的影響，其成土過程以物理風(fēng)化為主，且成土年齡短，處處呈現(xiàn)出原始土壤形成階段的特征。全球凍土的分布，具有明顯的緯度和垂直地帶性規(guī)律，自高緯度向中緯度地區(qū)，由連續(xù)多年凍土帶過渡為不連續(xù)多年凍土帶、季節(jié)凍土帶；多年凍土主要分布在北半球的高緯度和高海拔地區(qū)。中國是世界上第三多年凍土大國，僅次于俄羅斯和加拿大，中國的青藏高原是世界上低緯度地帶海拔最高、面積最大的多年凍土分布區(qū)。
凍土能儲存淡水資源、影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。多年凍土層中的凍融作用會形成石海、冰丘、冰椎、融凍泥流階地等獨特的冰緣地貌景觀；同時，凍土的凍融作用對全球氣候、水文循環(huán)以及生物棲息地均會產(chǎn)生影響。
成土
成土條件
凍土分布區(qū)的環(huán)境條件存在差異，但氣溫需要常年處于0℃以下，因為土壤或巖石需要長期處于0℃以下的負(fù)溫環(huán)境，才能保持凍結(jié)狀態(tài)。這主要受緯度和高度的控制，高緯度和高海拔地區(qū)更有利于凍土的形成。如：冰沼土分布區(qū)屬凍原氣候，大部分地面被雪原和冰川所覆蓋，年平均溫在0℃以下，一般都在-10℃至-17℃，冬季氣溫可低至-40℃，甚至-55℃，夏季溫度也很低，7月份平均溫度不超過10℃，全年結(jié)冰日長達(dá)240天以上。
由于凍土區(qū)氣候嚴(yán)寒，植被是以青苔、地衣為主組成的苔原植被，草本植物和灌木很少，常見的植物有：石楠屬、北極蘭漿果、藍(lán)花楹等開花植物，南緣有云杉、落葉松、樺、銀白楊、柳、山梣等，生長緩慢，矮小癥且畸形，各種植物的年生長量均不大，苔原地帶每年有機質(zhì)的增長量為400公斤/公頃，是世界各自然地帶中最少的。
凍土發(fā)育的地區(qū)，因剛脫離冰川覆蓋不久，冰川地形保持得相當(dāng)完整。凍漠土分布區(qū)的地形主要是陡峭的山坡，角鋒、刃脊、第四紀(jì)和近代冰川所形成的冰斗和冰磧垅堤，寬谷，湖盆的湖積平原等。成土母質(zhì)的差異較大，加拿大、西伯利亞地盾區(qū)是前寒武系基巖。其他地區(qū)有古生代各種大理石、石英砂巖、板巖、中生代的灰?guī)r、紅色鈣質(zhì)砂泥巖及近代泥礫和沖積物，殘積物，冰磧物，冰水沉積物等。
成土過程
凍土形成以物理風(fēng)化為主，進程十分緩慢，只有凍融交替時才稍為顯著，生物、化學(xué)風(fēng)化作用亦非常微弱，元素遷移不明顯，粘粒含量少，普遍存在著粗骨性。高山凍漠土粘粒的氧化鉀（K2O）含量很高，可達(dá)50克/每千克，說明脫鉀不深，礦物處于初期風(fēng)化階段。凍土區(qū)普遍存在不同深度的永凍層，如：濕凍土分布區(qū)、干旱凍土分布區(qū)、極地冰沼土區(qū)。凍土成土年齡短，處處呈現(xiàn)出原始土壤形成階段的特征。
分類及特征
根據(jù)凍結(jié)的持續(xù)時間劃分
指受天氣變化影響，暫時凍住，不久便融化的土壤或疏松巖石層，其特征為受天氣變化影響較大，氣溫回暖便會融化。
指冬季凍結(jié)、春季融化的土壤或疏松巖石層，其凍土層深度由自然地理條件和土壤物理特性等因素決定，其特征為季節(jié)性交替融化。
多年凍土又稱“永久凍土”（permafrost），是指在0℃和0℃以下（年均氣溫<-2℃），持續(xù)3年或3年以上的凍結(jié)不融的土壤和疏松巖石。如果多年凍土在水平方向上的分布是大片的、連續(xù)的、無融區(qū)存在的稱為整體多年凍土；如果多年凍土在水平方向上的分布是分離的、中間被融區(qū)間隔的稱為非整體多年凍土。
根據(jù)地理分布劃分
冰沼土因其是凍原地帶的代表性植物，又稱“苔原土”。它分布于極地凍原氣候區(qū)和黑龍江省北部，通常處于濕潤狀態(tài)，土層較淺的土壤或疏松巖石層。
凍漠土包括高寒荒漠土和高寒凍土，土壤比較干燥，其特征為表層土色較淺，表層礫石較多。
分布
全球凍土的分布具有明顯的緯度和垂直地帶性規(guī)律。自高緯度向中緯度，多年凍土埋深逐漸增加，厚度不斷減小，年平均地溫相應(yīng)升高，由連續(xù)多年凍土帶過渡為不連續(xù)多年凍土帶、季節(jié)凍土帶。極地區(qū)域凍土出露地表，厚達(dá)千米以上，年平均地溫-15℃；到北緯60°附近，凍土厚度百米左右，地溫升至-3℃～-5℃；至北緯約48°（凍土分布南界），凍土厚僅數(shù)米，地溫接近0℃。
全球凍土分布
多年凍土主要分布在北半球的高緯度和高海拔地區(qū)。南半球的高山地區(qū)如夏威夷的莫納克亞山、非洲的乞力馬扎羅山、新西蘭的南阿爾卑斯山、南美安第斯山等地區(qū)也有多年凍土。 在南極洲，裸露的地表大約僅占0.3%，這些地方全部都有多年凍土。主要凍土區(qū)普遍氣候嚴(yán)寒干燥，土壤結(jié)構(gòu)粗糙，含冰量高，生物多樣性較低，以耐寒適應(yīng)性強的植被和動物為主。氣候變暖正在加劇這些區(qū)域的凍土退化，給當(dāng)?shù)?a href="/hebeideji/7489429255488801952.html">生態(tài)環(huán)境帶來嚴(yán)重威脅。
南極冰蓋以下可能也有多年凍土，但由于冰蓋厚度達(dá)數(shù)千米，目前研究還很困難。由于南半球的多年凍土分布范圍較小，多年凍土的研究主要關(guān)注北半球地區(qū)。北半球?qū)嶋H多年凍士面積在1221萬平方千米到1698萬平方千米，占北半球地表面積的12.8%~17.8%。
北極圈和亞北極地區(qū)的土壤結(jié)構(gòu)主要為主要為冰沼土，該地區(qū)氣候呈現(xiàn)嚴(yán)寒干燥，年平均氣溫低于-10°C，夏季短暫，冬季漫長的特征。該地區(qū)凍土含有大量冰晶，土層淺薄，多邊形裂縫發(fā)育；植物以凍原植被為主，包括地衣、苔蘚植物、矮生灌木，動物以馴鹿、北極狐、雪貂等為主。
高寒山地凍土區(qū)(如青藏高原)主要為高山凍漠土，該地區(qū)氣候為高原型大陸性氣候，干燥寒冷，年平均氣溫-4°C至-12°C。該地區(qū)凍土土層薄，粗骨性強，粘粒含量少，多邊形裂縫發(fā)育；植物以高寒草甸、高寒灌叢為主，動物以藏羚、巖羊、雪豹等為主。
西伯利亞地區(qū)多年凍土區(qū)氣候為大陸性氣候，嚴(yán)寒干燥，年平均氣溫-10°C至-15°C，冬季可達(dá)-40°C；土壤結(jié)構(gòu)為主要為凍土，含有大量地下冰，多年凍土厚度可達(dá)500米；植物以針葉林、落葉林為主，動物以馴鹿、棕熊、狼等為主。
中國凍土分布
中國是世界上第三多年凍土大國，僅次于俄羅斯和加拿大，中國多年凍土面積為215萬平方千米，占國土面積的22.3%。其中高海拔多年凍土分布在青藏高原、天山、阿爾泰共和國山和祁連山脈地區(qū)，面積為172萬平方千米，其余為高緯度多年凍土，主要分布在東北地區(qū)。東北地區(qū)多年凍土的范圍和實際面積的估算結(jié)果差異很大，甚至同一研究者采用不同方法得到的結(jié)果差異都很大。其中有報道明確指出，季節(jié)凍土主要分布在長江流域以北、東北多年凍土南界（最南部的緯度線）和高海拔多年凍土下界以下的廣大地區(qū)，面積514x104平方千米。
中國青藏高原是世界上最大的中低緯度多年凍土分布區(qū)。青藏高原平均海拔超過了4000米，因而發(fā)育有大量的多年凍土，青藏高原多年凍土對區(qū)域水分和能量循環(huán)、生態(tài)環(huán)境保護、畜牧業(yè)發(fā)展、重大工程建設(shè)和碳循環(huán)方面都有重要的意義。當(dāng)前青藏高原多年凍土區(qū)的范圍約為150萬平方千米，多年凍土的實際面積約為105萬平方千米。
相關(guān)地貌
由于溫度周期性地發(fā)生正負(fù)變化，凍土層中的地下冰和地下水不斷發(fā)生相變和位移，使土層產(chǎn)生凍脹、融沉、流變等一系列應(yīng)力變形，這一復(fù)雜過程稱為凍融作用。它使巖石遭受破壞，松散堆積物受到分選和干擾，凍土層發(fā)生變形、從而塑造出各種類型的凍土地貌。也稱冰緣地貌。
石海、石河
石海與石河基巖經(jīng)過劇烈的凍融風(fēng)化，巖石崩解，產(chǎn)生大片巨礫巖屑，堆積在平緩的地面上，形成石海。石海線與線有密切的關(guān)系，這是因為雪線附近氣溫在0C上下波動頻繁，有利于巖石的凍融崩解。當(dāng)山坡上凍融崩解產(chǎn)生的大量碎屑物充填凹樓或溝谷，而巖塊在重力作用下順著濕潤的碎屑墊面或多年凍土層表面發(fā)生整體運動時，就形成石河。大型的石河稱石冰川。石河運動多呈蝸動狀態(tài)，在濕潤氣候條件下移動較快，干燥環(huán)境下移動較慢。
構(gòu)造土
構(gòu)造土是多年凍土區(qū)廣泛分布的一種微地貌形態(tài)。由松數(shù)堆積物組成的地表，因凍裂作用和凍融分選作用而形成網(wǎng)格式地面。根據(jù)組成物質(zhì)和作用性質(zhì)的差別，構(gòu)造士可分為泥質(zhì)構(gòu)造土和石質(zhì)構(gòu)造土兩類。
泥質(zhì)構(gòu)造土又稱為“多邊形土”，是土層凍結(jié)之后，溫度繼續(xù)降低，引起地面收縮，或土層干縮，產(chǎn)生裂晾而成。通常規(guī)模愈大，反映形成時的氣溫愈寒冷。
石質(zhì)構(gòu)造土中最典型的是石環(huán)。在顆粒大小混雜而又飽含水分的松散土層中，凍融作用產(chǎn)生的垂直分選和水平分選，使礫石由地下被抬升到地面，再集中到邊緣，并呈環(huán)狀分布，而細(xì)粒土或碎石則位于中間。石環(huán)直徑可達(dá)數(shù)十米。
冰丘與冰錐
冰丘與冰椎地下冰的凍脹而使地面形成丘狀的冰丘。冰丘內(nèi)部有冰透鏡體的稱冰核丘，冰丘多分布在地下水位較高、地形較平緩、土層較厚、土質(zhì)較細(xì)的地區(qū)。
冰椎是在寒冷季節(jié)流出封凍地表和冰面的地下水或河水凍結(jié)后形成的丘狀或椎狀冰體。
熱融地貌
熱融地貌是指由熱融作用產(chǎn)生的地貌，熱融地貌分為熱融滑和熱融沉陷兩種。由于斜坡上的地下冰融化，土體在重力作用下沿凍融界面移動，就形成熱融滑塌。平坦地表因地下冰的融化而產(chǎn)生各種負(fù)地貌，稱熱融沉陷。由熱融沉陷形成的地貌有沉陷滑斗（直徑數(shù)米）、淺洼地（徑長數(shù)百米）、沉陷盆地等。當(dāng)這些負(fù)地貌積水時，就形成熱融湖。
融凍泥流階地
融凍泥流是指坡地上土屑物質(zhì)在解凍時似泥漿狀沿著融凍界面向下編動的現(xiàn)象。融凍泥流多發(fā)生在10°-30°的坡地上。在坡度較大的斜坡上，常形成泥流坡坎；坡度軟緩的地方，則形成泥流階地。山坡在長期的融凍泥流作用下，形成平緩均勻、覆蓋著碎屑物質(zhì)的融凍泥流坡。融凍泥流堆積物無分選性，缺乏層理，堆積物中常見草皮和泥炭夾層，以及揉褶現(xiàn)象。
影響
凍土狀態(tài)下的影響
凍土層內(nèi)儲存了大量淡水資源，對維持高原植物生長和全球生態(tài)平衡至關(guān)重要。
凍土的凍融作用會改變土壤水分和物理性質(zhì)，影響作物播種時間、發(fā)芽率和生長周期。但凍土也有利于減緩?fù)寥篮肯耍欣诟珊祬^(qū)農(nóng)作物生長。
多年凍土層中的凍融作用會形成石海、冰丘、冰椎、融凍泥流階地等獨特的冰緣地貌景觀。
凍土的凍融會導(dǎo)致體積變化和應(yīng)力產(chǎn)生，影響建筑物和基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定性，如青藏鐵路需設(shè)置特殊裝置以適應(yīng)凍土變化。
凍土結(jié)凍早融化晚，可能會延長病蟲害的越冬期，有利于防治。總之，凍土在調(diào)節(jié)水循環(huán)、維持生態(tài)平衡、影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和基礎(chǔ)設(shè)施等方面發(fā)揮著重要作用。
凍土融化下影響
凍土層中儲存了大量的二氧化碳和甲烷氣體。如果凍土融化，這些有機物質(zhì)開始分解，會釋放出大量的溫室氣體到大氣中，進一步推升全球氣溫。凍土融化后釋放的大量溫室氣體，會加劇全球變暖，形成惡性循環(huán)。例如：1962-2019年中國三大多年凍土區(qū)(東北高緯度、西北山地、青藏高原)的極端暖事件均呈現(xiàn)顯著增加趨勢，尤其是2005-2019年高強度極端暖事件頻發(fā)。
凍土層融化后，原本被凍結(jié)的水分開始釋放，參與區(qū)域乃至全球的水循環(huán)過程。凍結(jié)層上水位隨著凍土融化深度增加而下降,包氣帶厚度增加。凍土層上下水貫通。形成貫通融區(qū)。湖水可能經(jīng)由這個貫穿融區(qū)被迅速排干。
如果土層每年吸熱比散熱多，地溫逐年升高，多年凍土層逐漸融化變薄以至消失，處于不穩(wěn)定狀態(tài)，稱為退化的多年凍土。凍土融化導(dǎo)致地表下陷形成積水洼地，原有地表的水熱平衡被打破，退化的多年凍土融化不斷加劇，熱融洼地也隨之不斷擴張而形成熱融湖塘。
凍土融化導(dǎo)致動物失去了棲息地，使得它們的存活率大幅下降。這不僅對凍土動物種群的數(shù)量產(chǎn)生了負(fù)面影響，也對整個食物鏈和生態(tài)系統(tǒng)造成了破壞。受積雪減少、冰川退縮和多年凍土退化的影響，高山帶出現(xiàn)了新的物種棲息地，原有植物群落組成和結(jié)構(gòu)也發(fā)生改變。例如：北歐一些高緯度山地林線以上的高山植被帶生物多樣性明顯降低。
凍土融化導(dǎo)致人類失去居住地，例如：阿拉斯加州90%的區(qū)域所覆蓋多年凍土融化，建筑物基礎(chǔ)和基礎(chǔ)設(shè)施的崩塌，大量村莊可能需要遷移凍土。
勘探方法
由于多年凍土總是埋藏在地表一定深度之下，通過遙感等方法在空間上準(zhǔn)確判斷具有一定的難度，而其偏遠(yuǎn)的地理位置和嚴(yán)酷的自然環(huán)境又限制了大規(guī)模的野外調(diào)查。因此，多年凍土實際分布區(qū)很難直接確定。因此，早期的研究只能先大致根據(jù)氣象條件劃分出多年凍土帶，在此基礎(chǔ)上進一步開展研究。在實際的多年凍土分布研究中，往往是根據(jù)氣象條件特別是氣溫、土壤質(zhì)地等參數(shù)進行計算，判斷多年凍土存在的可能性。這種模擬得到的結(jié)果可以利用實際的調(diào)查，例如野外踏勘法（現(xiàn)場觀察地表有無多年凍土典型地貌來判斷）、坑探法（直接挖掘土壤探坑，觀察有無地下冰）、鉆探法（機械鉆探獲取巖心，判斷是否凍結(jié)）、地溫測量法（對于因為地下冰含量低難以判斷是否凍結(jié)或鉆探過程時間過長，可能會導(dǎo)致地下冰融化的地區(qū)，在鉆孔內(nèi)布設(shè)溫度探頭，直接測定地溫）、地球物理勘探（通過雷達(dá)、電磁、地震等物理探測方法，判斷地層信息，結(jié)合其他方法驗證）等方法獲得的結(jié)果進行驗證。
研究歷程
國際研究
國外對于“凍土”的研究最早出現(xiàn)在16世紀(jì)，當(dāng)時文獻中已經(jīng)出現(xiàn)有關(guān)西伯利亞地區(qū)和北美存在凍土的報道；18世紀(jì)中葉（1757年），蘇聯(lián)學(xué)者M.B.羅蒙諾索夫提出“凍土地”的概念，他發(fā)表“凍土地”的科學(xué)綜述，對“凍土地”的形成及其與氣候、地形的關(guān)系提出看法；19世紀(jì)對于“凍土”的研究更加具體化，上半葉初步獲得西伯利亞凍土層的溫度、厚度、埋藏條件和分布情況的資料，下半葉由于西伯利亞工農(nóng)業(yè)發(fā)展尤其是鐵路的修建，極大地推動了凍土的研究。
同時，出現(xiàn)許多關(guān)于“凍土”研究專著——如1889年《論西伯利亞的永久凍土》、1912年《永久凍土與永久凍土上的建筑物》以及1916年《阿穆爾鐵路西段在永久凍土條件下供水水源的普查與勘探》等專著。
與“凍土”相關(guān)的國際組織的成立和會議的召開，更加進一步推動全球?qū)τ凇皟鐾痢钡难芯俊?983年第四屆ICOP，國際凍土協(xié)會（IPA）在第五屆國際凍土成立高山凍土及冰緣過程工作組；1993年第六屆國際凍土學(xué)大會，俄羅斯學(xué)者Bosikov認(rèn)為凍土所含冰對溫度變化十分敏感。
中國研究
中國關(guān)于“凍土”的研究最早可追溯到春秋戰(zhàn)國時期，有關(guān)季節(jié)性凍土凍結(jié)融化的記載；三國時期，古人便利用凍結(jié)法施工；解放后的十年間，東北地區(qū)凍土區(qū)地質(zhì)礦藏調(diào)查、林業(yè)開發(fā)、鐵路和公路修建以及工業(yè)和民用建筑物等各種生產(chǎn)建設(shè)的需要，大大促進凍土學(xué)的研究；1956年，辛奎德、任奇甲發(fā)表《中國東北地區(qū)多年凍土分布》的論文；2006年3月，程國棟主持“青藏鐵路工程與多年凍土相互作用及其環(huán)境效應(yīng)研究”，創(chuàng)造性提出“主動降溫、冷卻地基、保護凍土”的設(shè)計新思路。
中國也積極參與有關(guān)“凍土”的國際會議，2007年2月第二屆亞洲氣候與冰凍圈國際學(xué)術(shù)研討會上，中國與其他國家共同探討探討冰凍圈研究策略；2008年第九屆國際凍土學(xué)大會，中國凍土學(xué)專家作題為《溫暖凍土上建筑的創(chuàng)新設(shè)計》的報告；2008年10月第七屆全國冰川凍土學(xué)大會，這一年同時也是中國冰川凍土學(xué)研究50周年，中方在大會上與各國代表進一步探討冰凍圈的影響作用。
參考資料 >
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新華社.新華全媒+丨高原“地下儲備水庫”知多少？——跟隨江源科考隊揭開地下水循環(huán)的奧秘.2024-06-11
凍土是如何“凍”住的？.人民日報.2024-05-11
凍土融化將使全球氣溫顯著上升.聯(lián)合國新聞.2024-05-11
青藏高原多年凍土變化對水文過程的影響.中國科學(xué)院院刊.2024-05-11
冰凍圈生態(tài)系統(tǒng)：全球變化的前哨與屏障 .聯(lián)合國新聞.2024-05-11
什么是永久凍土？永久凍土有哪些形成條件？. 中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院 .2024-05-11
“起底”凍土碳釋放 研究分析溫度敏感性的空間格局和驅(qū)動因素.中國科學(xué)院.2024-05-12
極端暖事件變化對多年凍土活動層水熱過程的影響研究取得進展.中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院.2024-05-11
多年凍土退化對凍結(jié)層上水變化的影響研究——以黃河源區(qū)為例.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心.2024-06-21
研究稱全球變暖可能導(dǎo)致更多凍土融化.新華社.2024-05-11
阿拉斯加凍土大消融時代來臨.BBS NEWS 中文.2024-05-11