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溫度降到零度或零度以下,，土壤里的水分就會凝結(jié)成冰將土壤凍結(jié)，這樣就產(chǎn)生了凍土,。但是為什么我們看到的凍土僅僅是一層,，而不是全部凍結(jié)呢？原來我們腳下的大地有一個很特別的性質(zhì),，那就是在它表面溫度是隨深度的增加而降低的,，但是到了一定深度它的溫度就不再降低，而是常年保持一個基本恒定的溫度,，科學(xué)家將這個層稱為恒溫層,，在往下因為越來越接近地心，溫度反而逐漸升高。這樣我們就知道凍土就是一種低于零攝氏度并且含有冰的特殊土體,。所以說,，凍土不同于黃土、黑土,、紅土,，它是一種被凍結(jié)的土，可以是被凍結(jié)的黑土,，也可以是被凍結(jié)的黃土,，當(dāng)然被凍結(jié)的紅土少一些，因為紅土大多發(fā)育在南方,，而南方溫度低于零度的時候不多,。 按照時間，將凍土分為多年凍土,，季節(jié)凍土和短時凍土三種形式 多年凍土：凍土的凍結(jié)狀態(tài)己經(jīng)保持在三年以上,。根據(jù)凍土所處地理位置，可以分為與緯度相關(guān)的高緯度凍土,，以及由海拔高度決定的高海拔凍土,。 季節(jié)凍土：指夏天為融土，冬天為凍土的土層,。一般分為兩種,，一種是季節(jié)凍結(jié)層，但這一層土的下挖土不是多年凍土,；而另一種是直接與多年凍土相連,， 短時凍土：冬季凍結(jié)持續(xù)時間不足１個月的土層。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),，同時凍結(jié)過程中水分發(fā)生遷移產(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度時,，地表就發(fā)生隆起，便形成凍脹丘（也稱冰皋）,。凍脹丘是我國凍年凍土區(qū)經(jīng)?？梢钥吹降囊环N凍土地貌。凍脹丘底部的直徑由幾米到幾十米,，高1到2米,，有的可大3～5米,。凍脹丘表面經(jīng)常存在縱橫交錯的裂隙。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20米。
溫度變低土中的水份結(jié)晶變成冰塊使土體變大形成凍脹,。溫度升高土中的冰塊融化使土體不穩(wěn)定而形成熱融,。此時，道路承載能力顯著下降,，在交通荷載的反復(fù)作用下,，會發(fā)生路基融陷、路基融沉等病害,，嚴(yán)重影響行車的安全與舒適,，使凍土地區(qū)道路的性能嚴(yán)重降低。凍脹融沉是多年凍土地區(qū)的主要病害,，其形成主要受溫度,、水分及土質(zhì)等因素影響。 多年凍土地區(qū)一般處于高緯度或者高海拔地區(qū),，平均氣溫較低,。當(dāng)氣溫降低到0 ℃以下時，空氣中的冷能與地面發(fā)生熱交換,，地面溫度開始降低,。當(dāng)溫度逐漸降低,，到達0 ℃以下時,，凍結(jié)作用便從表層逐漸向下傳遞。這時會存在一個過冷過程,，溫度到達一定負(fù)溫凍結(jié)作用才會發(fā)生,。凍結(jié)速率較快，凍結(jié)深度下降迅速,，此時地下的水分來不及向凍結(jié)區(qū)域積聚,，凍脹現(xiàn)象較弱; 隨著凍結(jié)深度的增加，凍結(jié)速率變慢,，在凍結(jié)過程中,，水分不斷向凍結(jié)區(qū)域遷移，使得凍結(jié)區(qū)域的冰晶體不斷的變大,。當(dāng)凍脹變形量達到一定程度,，路基便會產(chǎn)生凍脹隆起。春季,，含有大量冰晶體的凍結(jié)區(qū)域開始融化,，含水率增加,，路基的承載能力急劇下降。在行車荷載的反復(fù)作用下,，出現(xiàn)翻漿,，影響車輛行駛的安全與舒適?？梢?，除了溫度高低會影響凍脹融沉的程度，降溫速度也會影響凍脹融沉的程度,。溫度越低凍脹融沉效果越顯著,，降溫速率越慢，越有利于水分遷移,，凍脹融沉的效果越明顯,。 凍脹與融沉的發(fā)生主要是由于水分在溫度梯度的影響下發(fā)生的遷移與相變。當(dāng)土體中的水分達到一定的含量時,，才會發(fā)生凍脹,。在相同的外界條件下，土體中的含水率越高,，土體的凍脹效果越明顯,。 土顆粒的大小決定了其表面能的強弱。當(dāng)土為粉質(zhì)土等顆粒較小的土質(zhì)時,，土中的空隙較小,，毛細(xì)作用比較強。當(dāng)土體凍結(jié)時,，水分以較快的速度向凍結(jié)區(qū)域遷移,，導(dǎo)致土體產(chǎn)生較大的凍脹變形。黏土同樣具有較厚的結(jié)合水膜,，但由于其毛細(xì)孔隙較小,，水分向凍結(jié)區(qū)域遷移較為困難，導(dǎo)致其動脹變形量要比粉質(zhì)土小,。 在多年凍土地區(qū),，處理凍脹融沉的措施主要是采取保溫、隔絕地下水,、挖方換填等措施,，減輕凍脹融沉的程度。在凍土深度較淺的多年凍土地區(qū),，利用碎石,、礫石等透水性較好的填料，置換掉凍結(jié)深度范圍內(nèi)土質(zhì)不好的凍脹土,，減少下部地下水在毛細(xì)作用下向上遷移,，減輕凍脹變形的程度,。由于挖方換填需要用透水性較好的碎石置換出透水性不良的凍脹土，所以在道路修建附近,，碎石等換填材料要易于獲取,。同時，被換填的凍脹土要有地方堆棄,，影響道路及邊坡的溫度穩(wěn)定,。施工時要注意季節(jié)選擇，避開雨季施工,。同時,，挖出的凍脹土不能胡亂地堆棄在道路兩側(cè)，避免因溫度交換導(dǎo)致邊坡融沉,，影響道路穩(wěn)定,。利用導(dǎo)熱棒，將路基中的熱量不斷地傳遞到大氣中,，從而達到冷卻地基的效果,。適用于高海拔多年凍土區(qū)，青藏公路,、青藏鐵路,、伊春地區(qū)公路沿線均布置有大量導(dǎo)熱棒，效果顯著,。導(dǎo)熱棒的設(shè)置應(yīng)配合其他措施設(shè)置,，導(dǎo)熱棒產(chǎn)生的聚冷散熱效果只能影響到導(dǎo)熱棒附近的部分路基區(qū)域。單一導(dǎo)熱棒設(shè)置,，會導(dǎo)致路基寬度內(nèi)的熱量不均勻而產(chǎn)生道路融沉,、縱縫發(fā)育等嚴(yán)重的問題。 利用保溫板的隔熱性,，減輕上部溫度變化對保溫層下部路基帶來的影響,，將多年凍土上限提高,，同時能夠一定程度上減弱水分垂直方向的遷移,，使路基的穩(wěn)定性和行車性能大大提高。在冬季,，利用從通風(fēng)管穿過的冷空氣,，帶走路基內(nèi)部的熱量，有效地降低了凍土路基的溫度,，提高了路基內(nèi)的凍土上限,，使路基的穩(wěn)定性大大增加適用于填方路基，冬季溫度低,，風(fēng)速較高的區(qū)域,，有助于路基內(nèi)部的熱量與外界進行交換,，從而達到降溫提高凍土上限的目的。 夏季,，通風(fēng)管的熱量交換作用,，會使路基內(nèi)部的熱量增加、凍土核融化,，不利于路基的穩(wěn)定性,，所以需要一定裝置使通風(fēng)管在夏季暫時關(guān)閉。同時,，在填筑過程中,，通風(fēng)管周圍難以使用大型壓路機進行壓實，所以壓實度難以保證,。利用片碎石路基大孔隙的特點,，使空氣可以在空隙中較自由的流通。在暖季,，上部質(zhì)量較輕的熱空氣往下傳遞會受到制約; 在冷季,，外部的冷空氣質(zhì)量較重而路基內(nèi)部的熱空氣質(zhì)量較輕，有利于對流,，將路基內(nèi)部的熱量排出,。碎石路基需要大量的碎石填料，這就需要道路所在區(qū)域具有足量的碎石供施工填筑,。同時,，碎石排水性能較差，在降水豐沛的區(qū)域要配合其他措施進行使用,。
在過去的 30 年時間內(nèi),，北極地區(qū)平均氣溫的上升速度已超過了地球其他地區(qū)平均氣溫的上升速度。當(dāng)?shù)厍蚱骄鶜鉁厣仙?1℃時,，北極大部分地區(qū)的平均溫度會上升 3℃,，一些冰原融化較快的區(qū)域，平均氣溫上升的幅度超過了 5℃,。北極作為地球上最大的冰川區(qū)域,，其溫度升高最終將會影響整個地球的生態(tài)環(huán)境，各種潛在的生態(tài)后果必然會給人類帶來巨大的災(zāi)難,。凍土融化會釋放大量的甲烷,，會加劇全球氣候變化 ；凍土融化還會釋放出大量的細(xì)菌和未知的病毒,，會加劇人類的健康風(fēng)險,。實際上，除了這兩類看得見的風(fēng)險之外,，還有一個風(fēng)險經(jīng)常會被忽視,，那就是當(dāng)北極凍土帶融化后造成的洋流輸送減弱所帶來的后果,。 北極永久凍土帶冰原、冰川融化后所產(chǎn)生的大量淡水將會驅(qū)動熱鹽環(huán)流或稱作海洋輸送流泵力的減弱,。眾所周知,，地球上最為著名的洋流是北大西洋灣流，它們是從大西洋開始的,，能夠在各個大洋中穿梭,。在格陵蘭地區(qū)，隨著冰原的不斷融化,，一些密度較高的水流就會進入海洋底部,，這里的水開始變得密集，部分原因是因為這里氣溫整體偏低,，還有一部分原因是因為海冰的存在增加了海水的鹽分,。如果大量淡水的進入，海水溫度相對就會升高而鹽分自然就會下降,。當(dāng)海水的鹽分降低,，其驅(qū)動熱鹽環(huán)流的泵力就開始減弱，而泵力減弱的后果對歐洲北部地區(qū)來說會首當(dāng)其沖,，必然會出現(xiàn)氣溫的劇烈下降,，就如同電影《后天》中所展示的場景。泵力減弱同時也會使得海洋輸送流在各大洋中穿梭的速度減慢,，進而會改變整個地球的降雨模式,。英國雷丁大學(xué)氣候研究中心董步文教授表示，如果北冰洋驅(qū)動熱鹽環(huán)流的泵力減弱,，最糟糕的后果就是改變甚至是中斷亞洲季風(fēng),，一旦如此，整個南亞地區(qū)必將陷入萬劫不復(fù)之地,。如前所述,，亞洲季風(fēng)是南亞地區(qū)最主要的降雨來源，也是這塊地球上人口最為稠密地區(qū)民眾的主要水源,。如果洋流輸送給亞洲季風(fēng)帶來破壞,，南亞地區(qū)20 億人的生存將會面臨重大危機，而這一區(qū)域的民眾恰恰也是按照亞洲季風(fēng)的模式來種植糧食及其他農(nóng)作物,。一旦亞洲季風(fēng)被中斷,，該地區(qū)的饑荒就會一觸即發(fā),，必然會引發(fā)嚴(yán)重的社會動蕩,。當(dāng)然，對于洋流泵力減弱給亞洲季風(fēng)帶來的可能危害,，現(xiàn)在尚不能完全預(yù)計,。[1] 鄭建彬.凍土措施評價.湖南交通科技.2018(6)[2] 朱保琴.北極凍土加速融化的致命風(fēng)險.生態(tài)經(jīng)濟.2018（10） 凍土可分為季節(jié)凍土和多年凍土,。冬天含冰凍結(jié)、夏天全部融化的巖土被稱為季節(jié)凍土,，包括季節(jié)凍結(jié)層和季節(jié)融化層,。讀圖（北半球）回答各題。1.根據(jù)圖中信息所示,，季節(jié)凍土的分布特點是
A．季節(jié)凍結(jié)層水平分布的范圍小 B．隨著緯度的升高,，季節(jié)融化層厚度增加C．季節(jié)凍結(jié)層多分布在極地附近 D．隨著海拔的升高，季節(jié)融化層厚度降低2.我國東北地區(qū)季節(jié)凍土凍結(jié)和融化的規(guī)律是A．季節(jié)凍結(jié)層每年6月開始產(chǎn)生 B．季節(jié)融化層每年6月開始產(chǎn)生C．季節(jié)凍結(jié)層每年9月達最大厚度 D．季節(jié)融化層每年9月達最大厚度【小題1】D 本題考查地理圖表的判讀能力,。根據(jù)圖示：隨著緯度的升高,，季節(jié)融化層厚度減小,；隨著海拔的升高,，季節(jié)融化層厚度降低。所以本題選擇D選項,。【小題2】D 季節(jié)凍結(jié)從秋季開始,，在冬春季節(jié)到達最大厚度；季節(jié)融化從春季開始,，在秋季達到最大厚度,。所以本題選擇D選項。3.（2015年新課標(biāo)卷I）（24分）閱讀圖文材料,，完成下列要求,。 多年凍土分為上下兩層，上層為夏季融化,，冬季凍結(jié)的活動層,，下層為多年凍結(jié)層。我國的多年凍土主要分布于東北高緯度地區(qū)和青藏高原高海拔地區(qū),。東北高緯地區(qū)多年凍土南界的年平均氣溫在–1°～1℃,，青藏高原多年凍土下界的年平均氣溫約為–3.5°～–2℃。 由我國自行設(shè)計,、建設(shè)的青藏鐵路格（爾木）拉（薩）段成功穿越了約550千米的連續(xù)多年凍土區(qū),，是全球目前穿越高原、高寒及多年凍土地區(qū)的最長鐵路,。多年凍土的活動層反復(fù)凍融及冬季不完全凍結(jié),，會危及鐵路路基。青藏鐵路建設(shè)者創(chuàng)造性地提出了“主動降溫,、冷卻路基,、保護凍土”的新思路，采用了熱棒新技術(shù)等措施。圖8a示意青藏鐵路格拉段及沿線年平均氣溫的分布,，其中西大灘至安多為連續(xù)多年凍土分布區(qū),。圖8b為青藏鐵路路基兩側(cè)的熱棒照片及其散熱工作原理示意圖。熱棒地上部分為冷凝段,，地下部分為蒸發(fā)段,，當(dāng)冷凝段溫度低于蒸發(fā)段溫度時，蒸發(fā)段液態(tài)物質(zhì)汽化上升,，在冷凝段冷卻成液態(tài),，回到蒸發(fā)段，循環(huán)反復(fù),。（1）分析青藏高原形成多年凍土的年平均氣溫比東北高緯度地區(qū)低的原因,。（8分）
（2）圖8a所示甲地比五道梁路基更不穩(wěn)定，請說明原因,。（8分）（3）根據(jù)熱棒的工作原理,，判斷熱棒散熱的工作季節(jié)（冬季或夏季），簡述判斷依據(jù),；分析熱棒傾斜設(shè)置（圖8b）的原因,。（8分）（1）青藏高原緯度低，海拔高,，太陽輻射強,；（3分）（東北高緯地區(qū)年平均氣溫低于-1℃～1℃，可以形成多年凍土,。）青藏高原氣溫年較差小,，當(dāng)年平均氣溫同為-1℃～1℃時，冬季氣溫高,，凍結(jié)厚度薄,，夏季全部融化，不能形成多年凍土,。（5分）（2）甲地年平均氣溫更接近0℃,，受氣溫變化的影響，活動層更頻繁地凍融,，（凍結(jié)時體積膨脹,，融化時體積收縮，）危害路基,；（4分）甲地年平均氣溫高于五道梁,，夏季活動層厚度較大，冬季有時不能完全凍結(jié),，影響路基穩(wěn)定性,。（4分）（3）冬季,。（2分）依據(jù)：冬季氣溫低于地溫，熱棒蒸發(fā)段吸收凍土熱量,，（將液態(tài)物質(zhì)汽化上升,，與較冷的地上部分管壁接觸,，凝結(jié),，釋放出潛熱，）將凍土層中的熱量傳送至地上（大氣）,。（3分）熱棒傾斜設(shè)置的原因：使熱棒能深入鐵軌正下方,，保護鐵軌下的路基（多年凍土）。（3分） 中俄石油運輸管道——漠（河）大（慶）線，全長953千米,，其中北部的512千米穿越了多 年凍土區(qū),。多年凍土分為活動層和多年凍層上下兩層。地理學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)多年凍土區(qū)的融沉,、凍脹丘,、冰錐等對管道的安全性構(gòu)成了潛在的威脅。凍脹丘是指多年凍土區(qū)‘由土和地下水受凍脹作用形成的丘狀地形,，按其存在時間可劃分為季節(jié)性凍脹丘和多年生凍脹丘,。季節(jié)性凍脹丘每年冬季發(fā)生，夏季消失,。（1）指出加格達奇多年凍土活動層和多年凍層的分界深度,，并分別說明其季節(jié)特征。
（4）以“治水”為核心，提出防治季節(jié)性凍脹丘危害管道的措施,。(1)6米 多年凍土活動層凍土夏季融化,，冬季凍結(jié) 6米以下的多年凍土層全年地溫小于0C，全年處于凍結(jié)狀態(tài),。(2)該地地勢低洼,，夏季有沼澤分布，有穩(wěn)定的地下水補給(1分),，土壤含水量大 ;冬季過濕土壤凍結(jié),，體積膨脹上升形成凍脹丘。(3 )夏季凍士融化,，管道沉降分,，冬季土壤凍結(jié)的擠壓力抬升管道,，反復(fù)凍融使管道位移發(fā)生彎曲變形。(4 )地表開挖溝渠,，排走地表水和地下水;在管道兩側(cè)的地下建設(shè)截水壩等阻水工程,，阻止地下水流向管道 ;在凍脹丘上鉆孔，排干丘內(nèi)水分,。 青藏高原氣候高寒，氣溫一般低于地溫,，是我國主要的凍土分布區(qū),，凍土土層可分為活動層和多年凍土層兩部分．其中,活動層靠近地表，隨著外界氣溫變化或凍或融,；多年凍土則常年處于冰凍狀態(tài),。青藏鐵路格（爾木）拉（薩）段成功穿越了約550千米的連續(xù)多年凍土區(qū)，是全球目前穿越高原,、高寒及多年凍土地區(qū)的最長鐵路,。活動層反復(fù)凍融及冬季不完全凍結(jié),，使凍土的體積發(fā)生膨脹和收縮,，會危及鐵路路基，為此青藏鐵路的建設(shè)者們創(chuàng)造性地提出了低架旱橋,、熱棒技術(shù),、拋石路基等措施。其中拋石路基即用碎塊石填筑路基,，利用其通風(fēng)透氣性,，隔阻熱空氣下移，同時吸入冷量,，起到保護凍土的作用,。左圖是青藏鐵路分布圖，右上圖是拋石路基結(jié)構(gòu)示意圖,，右下圖為片石護坡景觀圖,。 （1）運用大氣受熱過程，分析青藏高原地區(qū)氣溫低于地溫的原因,。（2）凍土活動層冬夏季的反復(fù)凍融,，會對列車運行的安全產(chǎn)生怎樣的不利影響，請簡述其過程,。（3）根據(jù)拋石路基的設(shè)計原理,，判斷其散熱效果最顯著的季節(jié)，并分析其原因,。（4）專家建議,，部分東西走向的路段的路基兩側(cè)增加片石護坡,，且南側(cè)厚度要大于北側(cè)，試分析其可能原因,。（1）青藏高原海拔高,，空氣稀薄，晴天較多;白天被削弱的太陽輻射較少,，到達地面的較多,，地面吸收后增溫；但空氣稀薄云量較少,，對地面的長波輻射吸收較少,，加之高原地區(qū)多大風(fēng)天氣,，大部分熱量散失掉,，氣溫較低。（2）冬季的時候,，凍土在凍結(jié)狀態(tài)下,，體積會發(fā)生膨脹，建在上面的路基和鋼軌就會被頂起,；到了夏季,，凍土消融，體積收縮,，路基和鋼軌隨之降下去;反復(fù)出現(xiàn)就會造成路基嚴(yán)重變形,，鐵軌出現(xiàn)嚴(yán)重彎曲、高低不平,，影響列車行車安全,。（3）冬季冬季氣溫較低，凍土易凍結(jié),，拋石路基利用其通風(fēng)透氣性,，起到類似于通風(fēng)管儲冷的作用，加快路基的散熱,，減小因路基升溫對凍土凍結(jié)產(chǎn)生的影響,。（4）南側(cè)為陽坡，增溫較北側(cè)快,，增加片石護坡厚度可減緩?fù)獠繙囟鹊淖兓瘜鐾恋挠绊?，從而達到與北側(cè)相近的溫度，保持路基兩側(cè)降溫的一致性,。
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