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永久冻土

图片来自gvm

永久冻土(英语:Permafrost)指温度在0°C或低于0°C,且至少连续冻结两年的岩土层。其所在之处,即使在天气回暖之时,气温仍然在结冰点以下,使冻土内的冰不能再次溶化成为份,因而使冻土的组成不变。

结构

永久冻土层一般分布在寒冷地区地下30~200公分处,通常又分为上下两层,上层夏季融化,被称为活动层,下层在夏季仍处于冻结状态。其持续冰冻时间可长达1000年以上。永久冻土地带的泥土不一定有水份,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,水不单存在,而且更超过地表物料的潜在水饱和量。

分布

世界上的永冻土,绝大部分都坐落在北极,约为俄罗斯(Russia)北部、加拿大(Canada)北部、阿拉斯加(Alaska)地区和格陵兰(Greenland)次大陆,它泛指冻土层的温度远低于结冰点以下超过两年的状况。永冻土的特色,在于气温低、持续时间长,甚至北极地区的冻土层都有几百公尺的厚度,很多都是从冰河期便累积堆叠至今,见证了许多地球演变进展的历史

作用

由于永冻土环境恶劣、气温极低和严峻的暴风情势,使得这些区域都是寸草不生、杳无生息──或许看似并没有半点益处,但永冻土其实对环境有非常正面的影响,如吸收二氧化碳、不让温室气体排放于空气中,而土上的苔藓,更对光合作用、制造气有极大帮助。

千年不变

一般的冻土层在气候回暖或受到强压时,冻土内的冰会溶解成为水;但永久冻土的所在之处,即使在天气回暖之时,气温仍然在结点以下,使冻土内的冰不能再次溶化成为水份,因而使冻土的组成不变。其持续冰冻时间可长达1000年以上。

形成条件

形成永久冻土的两个必要条件:

  1. 气温足够低。如果年平均气温高于0°C,虽然有可能形成季节性冻土,但却无法形成多年冻土。
  2. 持续时间足够长。大气的低温要传导到地表以下几百甚至上千米的深度,需要足够长的时间才能完成。

永久冻土地带的水份长期冻结,一般植物难以生长。大多数多年冻土都位于南北纬48度以上的地区,多年冻土层的厚度随纬度的增高而增厚。例如:北极和南极附近的冻土带,唯一的例外是位于青藏高原的冻土带,其土地由于海拔高而变成多年冻土。

气候变迁

冻土地带随气候增减

由于气候的转变,多年冻土的范围会随气候而增减。现时地球上有20%的土地被冻土覆盖。这些冻土,有连绵不断的多年冻土地带,亦有孤立的不连续永久冻土,以及被冰河所覆盖的地方。冻土层上方是季节性融化的活动层,其厚度不一,在夏季一般为0.6至4米,可支持植物生长。在多年冻土地带天冻土厚达440米,美国阿拉斯加可厚达726米,在加拿大和北极群岛最厚达1,493米。

暖化问题

然而,暖化的问题加速了永冻土的分崩离析和瓦解,《Nature》报导,专家强调,这近乎是千年来的第一次。科学家发现,北极的永冻土由于暖化的关系正持续在崩解,这种大规模的现象不仅让长年被冰封的甲烷(CH4)等气体外溢,其所产生的影响是你我无法想像的巨大。[1]

全球多年冻土是一个巨大的碳库,其碳储量达到大气中的两倍,在全球暖化背景下,冻土中储存的碳正在被大量释放出来,引起二氧化碳甲烷等温室气体排放,从而加剧全球暖化。多年冻土的退化同样影响区域水文、生态、地貌等过程。

温室气体致命危机

北极在气候变迁的发展中,扮演重要角色,这里暖化的速度不仅是其他地区的两倍以上,北极的变化更牵动著全球气候和海洋系统。融化的冰层造成生态系统失衡;并会释放永冻土层中储存的甲烷和二氧化碳等温室气体,将加剧气候变迁的失控。随著北极的升温,科学家提出担忧:永冻土层一旦融化,会释出大量温室气体(包含二氧化碳及甲烷),这将会成为气候变迁失控的引爆点,除此之外,科学家同时严密审视远古致命疾病可能重现于世的风险。[2]

参考资料