永冻层（多年冻结的土石层）

永冻层

多年冻结的土石层

永冻层是指持续多年冻结的土石层。

永冻层若大量融解将对全球气候环境造成不小的冲击。永冻层是极寒冷地区常见的自然现象之一。

相对于活冻层（active layer）岩石与土壤中的水会在冬天结冻，夏天融解，永冻层岩石与土壤中的水则是终年结冻。

性质与结构

1、永冻层一般分布在地下30~40厘米处，通常又分为上下两层，上层夏季融化，下层仍处于冰冻状态。永久冻土具有暗色或淡色表层，地表具有多边形土或石环状、条纹状等冻融蠕动形态特征。

2、永久冻土地带的泥土不一定有水分，例如在无孔基岩（不透水的岩石）里就不可能有水；但在大多数情况下，水不仅存在，而且更超过地表物料的潜在水饱和量。3、一般的冻土层在气候回暖或受到强压时，冻土内的冰会融化成为水；但永久冻土的所在之处，即使在天气回暖之时，气温仍然在冻点以下，使冻土内的冰不能再次融化成为水，因而冻土的组成不改变。其持续冰冻时间可长达1000年以上。

4、永久冻土有机质含量不高，腐殖质含量为10~20克每千克，腐殖质结构简单，70%以上是富里酸，呈酸性或碱性反应，阳离子代换量低，一般为10厘摩尔/每千克土左右，土壤粘粒含量少，而且淋失非常微弱，营养元素贫乏。

形成条件

永久冻土的形成，需要同时具备以下两个必要条件：

气温要很低

如果年平均气温高于零度，虽然可以形成季节性冻土，却无法形成永久冻土。

持续时间较长

研究发现，北极地区的冻土层一般都有几百米厚，而大气的低温要传导到地表以下几百米的深度，要用几百、几千年甚至更长的时间才能完成。

形成要素

1.冰雪：永冻层并非一定有冰，也可能只有冻土。不过一般在永冻层之上总是会有积雪或者冰块。这些雪对于地表会有保温作用。同时，这些积雪又会帮助地表降温。在化雪的季节，由于溶化，气化的发生，产生大量潜伏热，会带走热量，从而降温。

2.土壤中的水：水的导热性比冰要差很多。土壤中的水可以看做是夏天阻挡外界热量进入永冻层，冬天允许永冻层的热量传出地表。所以可以有效的保证永冻层温度低于0摄氏度。

3.地表植被：植被可以起到很好的降温作用。

4.泥炭：泥炭是产生永冻层最重要的因素。尤其是干泥炭，就像是绝热的器具可以有效保证永冻层低温。此外，泥炭中的水分由于吸收了大量潜伏热，从而使得地表温度降低，也起到了保证永冻层低温的作用。

基本类型

1.海底永冻层

2.连续永冻层

3.不连续永冻层

4.山地永冻层

相关研究

北极暖化是否会造成永冻层（permafrost）的快速融化一向为科学家们所关注，新研究指出阿拉斯加部分地区正面临永冻层快速溶解的窘境。永冻层若大量融解将对全球气候环境造成不小的冲击。位在北极附近的阿拉斯加地区，永冻层为地表活冻层所覆盖，主要分布于地表下30~40公分，其稳定存在年限长达一千年以上。永冻层对环境扮演着重要的角色。譬如，永冻层可作为碳循环中的主要碳去处（sink）之一：由于有机物的分解与二氧化碳的生成受温度影响，因此北极寒冷的天气可减缓保存在永冻层内的有机物分解，并降低二氧化碳被释放到大气之中。近年来，逐渐升温的北极气候已成为许多科学家们的焦点。长期地表观测资料显示，过去30年来的增温现象已促使极区土壤的温度上升1~3度C。英国科学家，Colin Prentice表示阿拉斯加地区增温的幅度远高于全球平均升温值。然而，若北极温度持续升高，则永冻层很可能大量融解，但过去的观测并不能提供明确的答案。

分类

按成因分

按成因，永久冻土可分为冰沼土和冻漠土。

冰沼土（Tundrasoils）：又称苔原土，中国把冰沼土这一土壤名称，改为冰潜育土。它分布于极地苔原气候区和中国黑龙江北部。冰沼土是冻土中具有常潮湿土壤水分状况，具有碳氮比>13的潜育暗色表层和pH<4.0的斑纹AB层的土壤。

冻漠土（Frozen desert soil）：包括高山荒漠土（Alpin desertsoil）、高山寒冻土（Alpine frozensoil）。该土壤主要发育在中国青藏高原等高山区冰雪活动带的下部。一般在海拔4000米以上。

按地理位置分

按照地理位置的不同，永久冻土可分为高纬度永久冻土和高海拔永久冻土两种。

高纬度永久冻土：高纬度永久冻土是指永久冻土在平面上的分布服从纬度分带的规律，并集中于高纬度地区。中国的高纬度永久冻土集中分布在东北大小兴安岭，面积约38万平方公里。

高海拔永久冻土：高海拔永久冻土集中于海拔很高的地带。青藏高原是世界上中、低纬度海拔最高、面积最大的多年冻土分布区，多年冻土面积约150万平方公里，与高纬度永久冻土相比，高海拔永久冻土具有温度高、厚度薄和敏感性强的特点。

分布

在全球的分布

地球上的永久冻土约占陆地面积的20%，从世界永久冻土分布来看，主要分布在欧洲、亚洲的北部、北美洲、北冰洋浅大陆架以及中低纬度地区的高山、高原。原苏联永久冻土面积约1000万平方公里，占其国土面积的48%；加拿大永久冻土面积为390-490万平方公里，占其国土面积的40-50%；中国永久冻土面积约215万平方公里，约占国土面积的1/5，位居世界冻土面积第三位。

在全球的永久冻土中，冰沼土广泛分布于北极圈以北的北冰洋沿岸地区，包括欧亚大陆和北美大陆的极北部分和北冰洋的许多岛屿，在这些地区的冰沼土东西延展呈带状分布，在南美洲无冰盖处亦有一些分布。

冻漠土则广泛分布在中国青藏高原和世界各地的高山地区，如南美安第斯山，新西兰南阿尔卑斯山等。

在中国的分布

高纬度永久冻土主要集中分布在大小兴安岭，面积为38~39万平方公里。高纬度永久冻土是欧亚大陆永久冻土南缘，平面分布服从纬度地带性规律，即越往海拔高的地方冻土面积越大，厚度越厚。

高海拔永久冻土分布在青藏高原、阿尔泰山、天山、祁连山、横断山、喜马拉雅山，以及东部某些山地，如长白山、黄岗梁山、五台山、太白山等。高海拔永久冻土形成与存在，受当地海拔高度的控制。

喀喇昆仑山，平均海拔4500米以上，新疆军区某边防团的神仙湾哨所是目前世界上海拔最高的驻兵点，位于中国西部的新疆维吾尔自治区，在海拔5380米处的喀喇昆仑山｡这里是科学家眼中的"永冻层""生命禁区"｡

研究方式

美国科学家Jorgenson与其研究团队于近期的Geophysical Research Letters提出北极永冻层快速融化的新发现。他们针对阿拉斯加北部地区进行密集的调查。研究方式以三个管道进行。（1）他们实地探讨此地区的植被、土壤、（微）地形变化与地下冰楔（ice wedges）溶化之间的关系；（2）他们利用空照图判读1945，1982及2001时期此地区的冰融喀斯特地形（thermokarst）数量变化；（3）他们将空照图进行影像处理后的频谱分析，判断此地区的水体变化。

2005年9月14日俄罗斯科学院远东分院太平洋海洋研究所和美国阿拉斯加大学国际北极研究中心的研究人员利用回声波法，研制出测量北极永冻层温度的方法。有关专家指出，该科研成果对在全球气温不断变暖的情况下监测永冻层环境变化有重要意义。

研究结果

（1）不同阶段的地下冰楔溶化过程亦伴随着不同程度的地表下陷，水潭形成与植被改变，因此观察冰融喀斯特地形凹陷地的形成，可以表示永冻层的融化程度；（2）冰融喀斯特地形凹陷地的面积于过去廿年间快速扩张，其成长幅度为4.4%。若比较1945至1982与1982至2001期间凹陷地的密度变化，其增长幅度高达74倍，其中新形成的凹陷地占关键性的因素。（3）于高地地区，亦可发现许多逐渐增加的冰融喀斯特地形凹陷水潭。对于大型冰楔快速融化的现象，作者认为主要是受到1989~1998年间夏天异常严热所影响；同时，他们也指出，若北极暖化的现象不见改善，永冻层融化的现象将可能影响1/3的北极地区地貌，并严重地改变寒带草原的生态与温度气体的生成。Prentice则提出较保守的观点，他认为永冻层的融化可增加湿地的形成与加速有机物的分解过程，进而增加温室气体（甲烷及二氧化碳）的产生；但是，温室气体剧速增长的现象并没有出现在过去的冰蕊记录中，因此他对于永冻层融化所带来的影响持保留的态度。

影响

对陆地

东西伯利亚海表面漂浮的冰块，甲烷气泡从下面不断冒出

永久冻土层对陆地环境可产生有益的影响，如分解二氧化碳，减少二氧化碳总量的排放等。

但是，永久冻土的活动层在每年进行的冻融过程中，土层的物理和化学作用均很强烈，对道路和其它各种建筑物的危害很大。

此外，2012年4月的研究调查显示，随着世界逐渐转暖，冰封在永久冻土下的世界将会恢复生机，冻土里的微小生物可能会产生大量温室气体，使全球变暖进一步加剧。

永久冻土的土已经被冰封数千年，甚至是几十万年，里面充满死亡植物和其他在永久冻土形成时出现的曾经有生命的东西。不断升高的全球气温导致这里面的有机物解冻，微生物开始分解这些有机质。在这个过程中，它们会释放出大量含碳的温室气体。由于永久冻土里封存了大量的碳，因此冻土解冻可能会导致全球变暖进一步加剧。

对海底

2010年3月5日，据美国国家地理网站报道，美国科学家表示，北极海底正在释放大量甲烷气体，他们由此得出结论，海底永久冻土是一个庞大但很大程度上被忽视的温室气体来源。温室气体与全球气候变暖有着直接联系。

以前的研究发现，北极湿地和湖泊永久冻土融化释放出甲烷气体。不过，科学家当时认为，遍布冰冷深海的永久冻土仍将继续保持冰冻固体状态，令数量不明的被捕获的甲烷气体释放不出去。领导实施最新研究的美国费尔班克斯大学生物地球化学家纳塔莉娅·莎克霍娃表示：“如今，情况已经变了。永久冻土保存这种气体的能力确实在下降。”

研究人员指出，这种现象极有可能并不限于东西伯利亚海。如果东西伯利亚海的永久冻土正在融化，那么北极大陆架沿线的所有浅海应该也会遭受同样的影响。

存在生命的研究

2012年12月26日，美俄科学家宣布发现数种生活在西伯利亚永久冻土层中的细菌能在与火星类似的恶劣环境中生存。这表明，地球上的微生物也许能在火星上生存。

科学家们在许多寒冷地区发现一些肉食杆菌属（Carnobacterium）细菌，随后科学家们将这些细菌放在28摄氏度的常温条件下培养，然后用它们测试火星环境，比如缺氧、极端低温和低压环境。通常情况下，缺氧、低温低压会阻碍大多数微生物的生长。30天试验后，10000个实验样本中有6个能在这些极端条件下存活，而所有幸存个体都是肉食杆菌属。

参考资料

1.什么叫永冻层·我爱历史网

2.探访世界最高哨所：“永冻层”的“生命禁区”·中国网

3.俄研制出测量北极永冻层温度方法·中国科学院