内容正文:
学案 冻土
【学习目标】
1. 冻土概念、分类。2.在哪里。3.有什么。4.解决措施
【自主学习】
01冻土概念:冻土,其实就是在0℃以下,含有冰的冻结土层。因为土壤里或多或少都含有水分,当温度降到冰点,水分凝结,冰可以像水泥一样,起着粘合剂的作用,把土壤粘合在一起,形成冻土。
02冻土分类:冻土可分为短时冻土(数小时、数日以至半月)、季节性冻土(半月至数月)以及永久冻土。
● 季节性冻土会随季节变化发生周期性冻融的,即冬季冻结,夏季融化。
● 永久冻土,又叫多年冻土,指至少连续冻结两年以上的土层。而在多年冻土区,并不是所有的土层都愿意老老实实地被冻住。多年冻土根据冻结情况,又可以分为活动层和永冻层。
活动层通常冬冻夏融,夏季融水使土壤富含水分,植物是可以在上面生长的。而永冻层则位于下方,常年处于封冻状态。
03冻土分布、主要在哪
多年冻土覆盖了1/4的陆地,主要分布在高纬度和高海拔地区,具有明显的纬度地带性和垂直地带性。
紫色部分为多年冻土区,红圈内为青藏高原
北半球冻土分布面积最大,广泛分布于北极圈以北的北冰洋沿岸地区,其中俄罗斯和加拿大是冻土分布最广的国家。
随着纬度升高,气温越来越低,永久冻土分布范围也会更广。上层的活动层也逐渐变成永冻层,所以永冻层的厚度越来越大,深度逐渐变浅,向地表不断“生长”。
我国是第三大多年冻土国,其主要分布在东北北部地区、西北高山区及青藏高原地区。其中,青藏高原的多年冻土占我国多年冻土总面积的70%。
04 冻土里有什么
冻土是结了冰的土层。永久冻土是动植物遗骸的汇集之处,史前生物的遗骸来不及被微生物完全分解,就会冻住并层层堆积,因此埋藏着大量以有机质形式存在的碳。据统计,富含有机物质的永久冻土层,储存有1.5万亿吨碳。
冻土除了有大量的碳,还有许多未知的病菌。在高纬度地区的多年冻土中,发现了数十万年前的微生物,还有封冻的病菌,像西班牙流感、天花或鼠疫等已经被消灭的疾病,也可能会被冻结在永久冻土中。
05 冻土上生存的物种
冻土区虽气候严寒,但冻土之上,并非寸草不生,前面所讲的永久冻土层之上是活动层,到了夏天是会解冻的,融水为植物的生长提供了有利的条件。
北极冻土之上植被类型是苔原带或冰原带,广泛分布着垫状草本植物、矮小灌木和耐寒花卉,并以苔藓、地衣为主。植被能够在短暂的夏季迅速生长、繁殖,在冬季来临时进入休眠。
有了植被,便能孕育其他生物。驯鹿是这片土地常见的动物,在夏季冰雪融化、万物生长的时节,它们会吃菌类、青草,冬天则扒开积雪寻找地衣和苔藓。
06 怎么在冻土上修建工程设施
即便在多年冻土区,上层冻土也可能发生融化和冻结,这对人类修筑工程设施是非常不利的。
冬季岩土膨胀、地面隆起,而夏季冻土融化、路基沉陷,常使路面凹凸不平。而输油管道也常常因土地冻融而受力不均,出现弯曲、破裂。也就是说,冻土冻融时发生沉降、塌陷,对地面设施具有强大的破坏性。
于是人们只能想方设法为土地“降温”,让土地保持冻结,确保路基稳定。比如青藏公路途经冻土区,为了解决土地的冻融问题,人们发明“热棒”来降温。它不需要任何能源,主要的工作时间是冬季。
“热棒”利用冬季的低温,使冻土不断降温。同时热棒下端的温度很低,也可以提前储存冷量,夏季为冻土降温,让冻土在夏天依然能保持冻结。
它在冬季是如何为冻土降温的呢?咱们接着往下看~
“热棒”是一根密封的管子,里面填充了氨、氟利昂、丙烷、二氧化碳等物质。管子上段是冷凝器,下端为蒸发器,中间为绝热段。当“热棒”下端吸收热量后,液态物质会转化为气态,然后上升至冷凝器。外界温度较低,使得热棒上段温度也低,所以气态物质会遇冷液化,同时放热,这样就实现了释放热量的目的,液态物质又回到了“热棒”下端。
“热棒”物质在气态和液态之间不断进行转换,依靠优良的导热性,源源不断地带走路基的热量,使其保持稳定。
07 全球变暖对冻土的影响?
近年来,全球变暖加剧,广袤的冻土有了融化的迹象,那冻土的融化会产生多大的影响呢?
● 温室气体排放
永冻土层经过了漫长的时间,冻土表层积聚了许多层被大风吹来的灰尘、植物的根和其它有机物,吸附了大量的碳。只要永冻土层保持冰冻状态,碳就不会从土壤中释放出来。
但是,温度升高会融化冻土,其含有的有机物解冻,微生物开始分解这些有机质,释放出温室气体,从而促使气温进一步升高,形成恶性循环。
据统计,永久冻土融化可能向大气释放1500亿吨碳,这相当于美国到2100年每年的总排放量,相当惊人。
● 未知的病菌
前面提到,冻土中封冻了大量的未知病菌,可能会因冻土退化而释放,并随着解冻的水流汇聚到河流之中,对人类造成威胁。
法国曾有一项研究,将一种存在于永久冻土层中3万年的病毒带回实验室,重新加热后,病毒依然能迅速复活。
● 环境退化
多年冻土的融化