簡介
凍土在降溫時收縮而裂開的現象。其結果是產生寒凍裂縫,將凍土分割成多邊形網。多邊形網的大小主要取決於溫度較差,溫度較差越大,多邊形越小。凍裂深度主要取決於年平均地溫和岩性,一些岩土的凍
裂深度能超過活動層,貫入多年凍土層。凍裂貫入到多年凍土中所需的年平均地溫按不同的岩層而不同,對亞砂土、亞粘土層和泥炭層為-2~-4℃,對砂土層為-4~-6℃,對礫石層為-6~-8℃。在北半球多年凍土區北部,冬天所形成的穿過活動層切入到多年凍土上部的寒凍裂縫,春天融雪水流入裂縫後凍結形成冰脈。夏天活動層中的冰脈融化,而多年凍土上部的冰脈仍然凍結。冰脈的生長和多年凍土夏天熱脹產生的應力,使冰脈周圍的岩土因塑性變形而上拱,在地表形成凸起。翌年冬天,由於殘留在多年凍土上部的冰脈比周圍的凍土更容易開裂,所以寒凍裂縫會再次在冰脈中產生。春天融雪水流入後又凍結,使冰脈加大。這樣多年重複,冰脈逐漸增大,形成具有垂直葉理的冰楔(見圖)。 土的凍裂
這種方式生長的冰楔叫後生冰楔,一般頂寬1.0~1.5米,高3.0~4.0米。如冰楔生長同時地表發生沉積物的堆積,則形成共生冰楔。共生冰楔規模較大,一般頂寬3.0~4.0米、高5.0~10.0米,有的高達40~80米。當冰楔融化時,原來被冰占據的空間為來自周圍和上覆土層中的土所充填,便形成冰楔假型。冰楔假型具有重要的古氣候意義。
在北半球多年凍土區南部和季節凍土區北部的凍裂深度一般不超過活動層。在這些地區,春天充填寒凍裂縫的融雪水凍結形成的冰脈,在夏天會全部融化,並被土充填,形成土脈。這種作用多年重複,使土脈增大,形成土楔。
在嚴寒、乾燥地區,如南極的無冰地段,寒冰裂縫常切入多年冰土層。但由於乾燥多風,裂縫形成後的充填物是風帶來的砂,便形成砂脈。砂脈多次開裂、充填,最後形成砂楔。
成土條件
氣候凍土分布區的環境條件存在差異。冰沼土分布區屬苔原氣候,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℃,全年結冰日長達240天以上。高山凍漠土年均溫也很低,一般為-4℃至-12℃。凍土區降水很少,歐洲部分為200—300毫米,亞洲和北美洲北部在100毫米以下,西藏凍漠土區因地勢高、遠離海洋,降水更稀少,一般為60~80毫米,其北部更少,為20~50毫米,其中90%集中於5—9月。降水雖然少,但氣溫低,蒸發量小,長期冰凍,土壤濕度很大,經常處於水分飽和狀態,夏季土壤—母質融化,砂土可達1~1.5米,壤土70~100厘米,泥炭土35~40厘米,以下即為永凍層,高山凍漠土在寬谷、湖盆永凍層深度80厘米,山坡上可達150厘米。
凍土
由於凍土區氣候嚴寒,植被是以苔蘚、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、金鳳花等開花植物,南緣有雲杉、落葉松、樺、白楊、柳、山梣等,生長緩慢,矮小且畸形,各種植物的年生長量均不大,苔原地帶每年有機質的增長量為400公斤/公頃,是世界各自然地帶中最少的。高山凍漠土區植被為多年生和中旱生的草本植物、墊狀植物和地衣,常見的有鳳毛菊屬、葶藶屬、桂竹香屬、虎耳草屬、點地梅屬、銀蓮花屬、金蓮花屬、紅景天屬等,一簇簇地生長在石隙之間,或在冰雪融水灌潤的地方局部呈小片分布。五顏六色的粗糙碟衣、地圖黃綠衣、岩表黃綠衣等則著生於石塊上面。
地形、母質凍土發育的地區,因剛脫離冰川覆蓋不久,冰川地形保持得相當完整。凍漠土分布區的地形主要是陡峭的山坡,角鋒、刃脊、第四紀和近代冰川所形成的冰斗和冰磧壠堤,寬谷,湖盆的湖積平原等。成土母質的差異較大,加拿大、西伯利亞地盾區是前寒武系基岩。其他地區有古生代各種灰岩、石英砂岩、板岩、中生代的灰岩、紅色鈣質砂泥岩及近代泥礫和沖積物,殘積物,冰磧物,冰水沉積物等。
主要性狀
(一)診斷層和診斷特性:凍土具有永凍土壤溫度狀況,具有暗色或淡色表層,地表具有多邊形土或石環狀、條紋狀等凍融蠕動形態特徵。(二)形態特徵:土體淺薄,厚度一般不超過50厘米,由於凍土中土壤水分狀況差異,反映在具常潮濕土壤水分狀況的濕凍土和具乾旱土壤水分狀況的乾凍土兩個亞綱的剖面構型上有著明顯差異,濕凍土剖面構型為O—Oi—Cg或Oi—Cg型,乾凍土為J—Ah—Bz—Ck型,
(三)理化性質:凍土有機質含量不高,腐殖質含量為10—20克每千克,腐殖質結構簡單,70%以上是富里酸,呈酸性或鹼性反應,陽離子代換量低,一般為10厘摩爾(+)每千克土左右,土壤粘粒含量少,而且淋失非常微弱,營養元素貧乏。
凍土分類
根據凍土的地理分布,成土過程的差異和診斷特徵,可分為冰沼土和凍漠土兩個土類。
冰沼土(Tundrasoils)又稱苔原土,中國把冰沼土這一土壤名稱,改為冰潛育土,分布於極地苔原氣候區和我國黑龍江北部。冰沼土是凍土中具有常潮濕土壤水分狀況,具有碳氮比>13的潛育暗色表層和pH<4.0的斑紋AB層的土壤。冰沼土土層淺薄,剖面由泥炭層和潛育層組成,土體構型為O-Oi-Cg或Oi-Cg型。冰沼土的有機質含量低,陽離子代換量低,呈微酸性至酸性反應,營養元素缺乏。按布里奇斯(E.M.Bridges:WorldSoils)的材料歸納成以下幾個亞類:
1.極地荒漠土(Arcticdesertsoils)相當於原始冰沼土。美國分類中的典型冰凍潮濕新成土(Typiccryaquent),聯合國分類中的冷凍粗骨土。
分布於北半球最高緯度地帶,在北美的北極島群北端、阿拉斯加和格陵蘭北部、亞洲的北地群島北部等都有分布。土壤粗骨性強,表層有極薄的粗腐殖質層(Ah),其下即為礫石或岩石(R),沒有明顯潛育化現象,由於岩石風化以冰凍風化為主,表土多裂為多邊形,因此,也稱多邊形冰沼土。
2.極地潛育土(Arcticgleysoils)相當於典型冰沼土,中國分類的典型冰潛育土,美國分類中的冷凍潮濕新成土(Cryaquents),部分冷凍有機土,聯合國分類中的冷凍潛育土,冰凍有機土。
廣泛分布於前蘇聯、加拿大北部,系低地永凍層上發育而成。具有泥炭層(Oi),厚約8厘米左右,其下為帶有赭色斑點和暗色有機質花紋的淺藍色潛育層(Bgsh),母質富含粘粒。荷蘭格爾島的極地潛育土的潛育層可厚達44厘米,A層有機質含量達50克每千克。
3.極地棕色土(Arcticbrownsoils)相當於灰化冰沼土。美國分類中的冷凍淡色始成土(Cryochrept),聯合國分類中的冰凍始成土。
在地勢較高處,發育程度稍高,除了泥炭層和潛育層之外,還有灰化現象,土體構型為Oi(Ah)-E-Bhs-Bg型。阿拉斯加極地棕色土,土色暗棕色,A層細碎屑呈塊狀結構,B層是暗黃棕色的砂壤土,其下是破碎砂岩。
包括高山荒漠土(Alpindesertsoil)、高山寒凍土(Alpinefrozensoil)。該土壤主要發育在我國青藏高原等高山區冰雪活動帶的下部。一般在海拔4000米以上。
凍漠土是凍土中具有乾旱土壤水分狀況,具有淡色表層,無鹽積層和石膏層的土壤。
凍漠土的土層淺薄,石多土少,剖面發育弱,地表多礫石,有多邊形裂隙,具有0.5~1.5厘米厚的灰白色結皮層,有鹽斑,結皮層下有淺灰棕色或棕色微顯片狀或層片狀結構,礫石腹面有石灰薄膜,剖面構型為J—Ah—Bz—Ck型。
凍漠土有機質含量低,一般小於10克每千克,pH8.0~8.5,強石灰反應,CaCO3含量約50克每千克,石膏約5~10克每千克,易溶鹽、石膏明顯富集在地面結皮內,而碳酸鈣則多在剖面的下層,表層的細土多被風吹失,亞表層粘粒含量相對增高。
中國把凍漠土分為三個亞類:
1.典型凍漠土(Typicfrozendesertsoils)具凍漠土類的典型特徵。
2.鹽化凍漠土(Salinizedfrozendesertsoils)凍漠土中具鹽積特性的土壤。
3.龜裂凍漠土(Takyricfrozendesertsoils)凍漠土中具有龜裂特徵的土壤,主要分布於西藏羌塘高原北緣,帕米爾高原及崑崙山內部山脈,一般在海拔4200~4500米之間,成土母質中富含碳酸鈣,湖泊周圍澱積物中含鹽量較高,氣候非常乾燥寒冷,地表有鹽斑,小礫石和薄的龜裂結皮,碳酸鹽沿剖面分布比較均一。