高三地理微专题二轮复习课件：冻土

微专题冻土极地、亚极地地区和中低纬的高山、高原地区，在较强的大陆性气候条件下，气温极低，降水量很少，地表没有积雪，形成0℃或0℃以下并含有冰的冻结土层，称为冻土。冻土的概念：冻土的分布：世界上冻土总面积约为3500万平方千米，占地球大陆面积的25%。北半球冻土分布面积较大，俄罗斯和加拿大是冻土分布最广的国家。我国多年冻土分布在东北北部地区、西北高山区及青藏高原地区。如果多年处于冻结状态的土层，或至少连续3年处于冻结状态的土层，称为多年冻土。冻土的类型：冻土随季节变化而发生周期性的融冻，如果冬季土层冻结，夏季全部融化，叫季节冻土。冻土的结构：多年冻土区的冻土可分为上下两层，上层是夏融冬冻或是昼融夜冻的活动层（又叫交替层）。下层是多年冻结不融的永冻层。冻土层的厚度随纬度和高度的增大而减小，它的冻融深度与每年冬夏季节的温度有关。例如，北极的多年冻土厚达百米到千米。永冻层的顶面接近地面。逐渐向南，多年冻土厚度减到100m以下，永冻层的顶面埋藏变深。大致北纬48°附近是多年冻土的南界，冻土厚度仅1～2m。超过这一界限，就从连续冻土带过渡到不连续冻土带。后者由许多分散的冻土块体组成，这种分散的冻土块体称为岛状冻土块。多年冻土层从高纬度（左）向低纬度（右）的变化示意图一般来说，活动层冬季冻结时可与下部的永冻层连接起来。如果冬季气温较暖，活动层冻结时的深度达不到永冻层的顶部，这时在活动层与永冻层之间就出现一层未冻结的融区。如果来年夏季较凉，活动层的融化深度较小，结果便在活动层下部留下隔年冻结层。隔年冻结层较薄，只有10cm左右厚度，它可保存一年至数年。当某一年夏季较暖，活动层融化较深，隔年层即消失。多年冻土层中活动层的变化当活动层于每年秋末自地表向下冻结时，由于底部的永冻层起阻挡作用，结果使其中间尚未冻结的融区（含水土层），在冻结层的挤压作用下，发生塑性变形，形成各种大小不一、形状各异的弯曲结构，这种现象称为冻融扰动构造（或称为冰卷泥）。冻土的成因：多年冻土的厚度虽然受纬度和高度的控制，但在同一纬度和同一高度处的冻土厚度还有差别，这和其他自然地理条件有关。1.气候的影响大陆性半干旱气候较有利于冻土的形成，而温暖湿润的海洋性气候不利于冻土的发育。（在欧亚大陆内部的半干旱气候区的冻土南界（北纬48°）比受海洋性气候影响较大的北美冻土南界（北纬52°）要更南一些。另外，在纬度和高度相同的条件下，大陆性半干旱气候区的冻土厚度比海洋性气候区的要大）2.岩性的影响砂土导热率较高，易透水，不利于冻土的形成。黏土导热率较低，不易透水，有利于冻土的形成。泥炭的导热率最低，最有利于冻土的发育。3.坡向、坡度的影响坡向和坡度直接影响地表接受太阳辐射的热量。阳坡日照时间长，受热多于阴坡，因而在同一高度、不同坡向冻土的深度、分布高度和地温状况都不同，冻土的厚度也不同。【根据观测，昆仑山西大滩不同坡向的山坡，在同一高度和同一深度的阴坡地温比阳坡地温要低2~3℃，阴坡冻土的厚度也要大一些，冻土分布下界高度较阳坡低100m）4.植被、雪盖的影响冬季，植被和雪盖阻碍土壤热量散失。夏季，植被和雪盖减少地面受热。因此，在有雪盖和植被的地区，地面年温差减小。（例如大兴安岭落叶松、桦树林区和青藏高原的高山草甸地区，能使地表年温差比附近裸露地面降低4~5℃），永冻层顶面深度变浅，永冻层厚度相对增大，活动层厚度相对减小。现在世界上所见到的多年冻土绝大部分是第四纪冰期时的遗留物。（北极的最老多年冻土大约在60万年前就已形成，西伯利亚的多年冻土的年代距今也有10万年）在间冰期时，虽然在许多地方的冻土全部或部分融化了，但在高山和高纬的气温很低的大陆性气候区，仍保留了大面积冻土，这部分没有融化而保存下来的冻土称为残留冻土。此外，还有一多分冻土是全新世以来形成的。（例如在冰后期大陆冰盖退却后发育的冻土和在全新世地层中形成的冻土。西西伯利亚北部，2000~3000年前寒冷期形成新的多年冻土与残留的多年冻土衔接在一起；在南部，新形成的多年冻土与下部残留多年冻土还没有衔接上，中间夹有一层融化层而成双层多年冻土结构）冻土消融的影响：1.释放温室气体，加剧全球变暖。很多多年冻土中富含有机物（长久以来上层动植物死亡后被埋在地底），冰冻可以减缓永冻层内的有机物分解（参照冰箱里的蔬菜和肉坏的慢）。据估计，多年冻土中的含碳量是大气中的两倍，约为16000亿吨。但是，如果温度上升，多年冻土融化，微生物将迅速分解暴露出来的有机物，同时释放出温室气体：二氧化碳、甲烷、一氧化氮等，加速全球气候变化。特别是甲烷，甲烷虽然在大气中含量少，且是短寿命温室气体（在大气中十年以内几乎就会被化学反应掉；相比而言，二氧化碳一旦排放到大气，可以停留上千年），但甲烷的温室效应是二氧化碳的30倍！！甲烷的大量释放可以在短期内急剧推升全球气温。而且，这是一个正反馈：多年冻土融化->释放温室气体->全球变暖加剧->多年冻土融化！2.破坏土地稳定性，破坏上层建筑和设施。在接近极地和中低纬度高山区域，很多设施比如公路、房屋等都建设在多年冻土之上。据估计，全球大约350万人生活在多年冻土或邻近区域。一旦多年冻土开始部分消融，上层土地开始变得非常不稳定，滑坡等地质灾害必然会加快，破坏建造在其上的设施。图5是加拿大一个小镇上被不稳定的土地破坏的道路。受不稳定的多年冻土影响的区域还有俄罗斯、阿拉斯加、挪威、中国高原区（青藏高原）等等。冻土消融的影响：3.释放出封存在其内的各种污染物、微生物。最近发表在GRL的一个研究表明：北半球的多年冻土储存了超过150万加仑的汞：这个量是大气、海洋、其余土壤中全部汞含量的两倍！多年冻土的消融将导致这些汞的释放，威胁全球生物和人类，而过去几十年已经观测到了全球多年冻土在释放汞。多年冻土分为上下两层，上层为夏季融化，冬季冻结的活动层，下层为多年冻结层。冻土层对铁路路基影响显著，如开挖路堑后地下水自边坡流出，在隆冬季节随流随冻，影响铁路运营。下图为我国多年冻土分布示意图。（1)说出与东部相比，我国西部多年冻土的主要分布特点。（4分）西部多年冻土面积大，多大片状和大片岛状多年冻土。多年冻土分为上下两层，上层为夏季融化，冬季冻结的活动层，下层为多年冻结层。冻土层对铁路路基影响显著，如开挖路堑后地下水自边坡流出，在隆冬季节随流随冻，影响铁路运营。下图为我国多年冻土分布示意图。（2)大兴安岭北部岭西地区为大片多年冻土，而岭东地区为稀疏岛状多年冻土。分析造成岭西地区多年冻土发育程度好于岭东地区的主要原因。（4分）冬季，岭西地区位于冬季风迎风坡，冷空气在岭西地区堆积，气温低于岭东。（2分）岭西地区海拔高，夏季气温低于岭东。（2分）多年冻土分为上下两层，上层为夏季融化，冬季冻结的活动层，下层为多年冻结层。冻土层对铁路路基影响显著，如开挖路堑后地下水自边坡流出，在隆冬季节随流随冻，影响铁路运营。下图为我国多年冻土分布示意图。（3)冻土问题是青藏铁路建设中克服的三大难题之一。根据冻土的特征推断冻土对铁路运输可能产生的影响。（3分）活动层融化导致路基沉陷；（1分）活动层冻胀导致路基和轨道变形；（1分）增加行车安全隐患。（1分）冻土地貌：多年冻土区的地貌形成与冻融作用直接相关。冻融作用：是指冻土层中的水在气温周期性的正负变化影响下，不断发生相变和迁移，使土层反复冻结融化，导致土体或岩体的破坏、扰动和移动的过程。由冻融作用形成的各种地貌，称冻土地貌。冻土地貌组合冰楔：在多年冻土区，地表水周期性注入到裂隙中再冻结，使裂隙不断扩大并为冰体填充，剖面成为楔状，称为冰楔。冰楔形成的条件：①有深入到永冻层中的裂隙，并为脉冰所填充。②冰楔的围岩是可塑性的，水在裂隙中才能冻结、膨胀，围岩不断受挤压变形，冰楔不断展宽。③需要严寒的气候条件，年平均温度一般为-6~-3℃。冰楔的形成先是地表形成裂隙，地表水注入再冻结而成脉冰，由于脉冰常深入到永冻层中，到温暖季节，上部活动层的脉冰融化消失，永冻层中的脉冰则仍然存在。到了寒冷季节冻土又发生体积不均衡膨胀，原有的裂隙不断扩大。到来年夏季又在裂隙中注入水分，冬季再冻结胀裂，如此反复作用，就形成冰楔。石环：是由细粒土和碎石为中心，周国由较大砾石为圆边的一种环状冻土地貌。（它们在极地、亚极地以及高山地区常有发育）石环的直径一般为0.5~2.0m，在极地地区可达十余米。在石环分布的地区，地表物质是粗细混杂的砾石块和沙土。在冬季，地表冻结，沙粒层孔隙中的水分便结冰膨胀，使得包括砾石在内的整个地面上升。到春天解冻时，沙土中的冰先融化，接着地面下降，沙土充填周围孔隙。之后，砾石解冻，却由于没有足够空间，再也不能回到原来的位置。这样循环往复，砾石便完全露出了地面。等到含水较多的沙土再次冻结，地面便出现了微微凸起的膨胀中心，地面上的砾石当然就会被挤压到边缘，形成近似圆形的石环。冰核丘：冻土层中常夹有未冻结层，未冻结层中的水分在地下慢慢凝结成冰体，使地面膨胀隆起，形成冰核丘。冰核丘的平面呈圆形或椭圆形，顶部扁平，周边较陡，可达40~50°。冰核丘的顶部表面因地表隆起变形，产生许多方向不一的张裂隙而下陷。冰核丘的规模大小不等。一年生的冰核丘的规模较小，高只有数十厘米至数米；多年生的冰核丘规模较大，高可达十余米至数十米，直径从30m到70m不等。冰核丘有时能产生爆炸。在夏季气温上升很快，上部冻结层迅速融化，冻结土层急剧变薄，这时如冰核丘内含有气体，承压力很高的地下水就可能发生喷水爆炸。土溜陡坎：是多年冻土区坡地上的一种地貌现象。当融冰时地表过湿的松散沉积物沿坡向下流动，前端常成一陡坎，叫土溜阶坎。土溜阶坎高约1m左右，宽4~5m，有的规模还要大一些。成因是多年冻土上部的活动层周期性融化，融化的水受下部永冻层的阻挡不能下渗，结果活动层的松散物质被水浸润，内摩擦减小，在重力作用下就缓缓沿坡向下滑动，如遇阻或坡度变缓，流动的速度减慢，前端就壅塞成一个坡坎。热融塌陷洼地：是因温度升高，地下冰融化引起地面塌陷所形成的各种洼地。这种塌陷过程类似喀斯特塌陷过程，而塌陷原因和温度有关，故又称热力喀斯特。多年冻土上部的温度升高可能是气候周期性的转暖形成的，也可能是人为因素造成的。（如砍伐森林、开垦荒地和人工截流蓄水等都可以使地面温度增高）热融塌陷洼地发育在斜坡上形成各种滑塌洼地，在平坦地面上形成漏斗状沉陷洼地，洼地内常积水成湖，称热融塌陷湖。多年冻土发育的高原或平原地区，大大小小的热融塌陷湖星罗棋布。热融塌陷湖形成以后，湖水对湖底土层的传热作用，使底部土层增温，活动层的深度加大，地下冰融化速度加快，湖泊进一步沉陷，直到湖底地下冰全部融化后，湖泊才停止下沉和扩大。冻土是温度在0℃或0℃以下，并含有冰的各种岩（土）。冬季含冰冻结、夏季全部融化的岩土被称为季节冻土。下图为北半球冻土分布剖面图，读图回答1—2题。1.下列关于冻土叙述的不正确的是（）A.冻土可分为季节冻土和多年冻土B.中纬度的多年冻土随纬度增高而增厚C.纬度较低的青藏高原也有冻土层D.季节冻土水平分布的范围小√冻土是温度在0℃或0℃以下，并含有冰的各种岩（土）。冬季含冰冻结、夏季全部融化的岩土被称为季节冻土。下图为北半球冻土分布剖面图，读图回答1—2题。2.铁路通过季节冻土层地段，下列措施最经济有效的（）A．设计冷冻系统，全年处于冻结状态B．打穿冻土层，将承重分散到基岩C．设计遮盖系统，使路基避免阳光照射D．利用冻土层，固结铁路桩基√材料：中俄石油运输管道——漠（河）大（庆）线，全长953千米，其中北部的512千米穿越了多年冻土区。多年冻土分为活动层和多年冻层上下两层。地理学者研究发现多年冻土区的融沉、冻胀丘、冰锥等对管道的安全性构成了潜在的威胁。冻胀丘是由于地下水受冻结地面和下部多年冻土层的遏阻，在薄弱地带冻结膨胀，使地表变形隆起，称冻胀丘，按其存在时间可划分为季节性冻胀丘和多年生冻胀丘。季节性冻胀丘每年冬季发生，夏季消失。(1)指出加格达奇多年冻土活动层和多年冻层的分界深度，并分别说明其季节特征。（6分）6米。多年冻土活动层冻土夏季融化，冬季冻结；6米以下的多年冻土层全年地温小于0℃，全年处于冻结状态。材料：中俄石油运输管道——漠（河）大（庆）线，全长953千米，其中北部的512千米穿越了多年冻土区。多年冻土分为活动层和多年冻层上下两层。地理学者研究发现多年冻土区的融沉、冻胀丘、冰锥等对管道的安全性构成了潜在的威胁。冻胀丘是由于地下水受冻结地面和下部多年冻土层的遏阻，在薄弱地带冻结膨胀，使地表变形隆起，称冻胀丘，按其存在时间可划分为季节性冻胀丘和多年生冻胀丘。季节性冻胀丘每年冬季发生，夏季消失。(2)简述b图季节性冻胀丘的形成原因。（6分）该地地势低洼，(1分)夏季有沼泽分布，(1分)有稳定的地下水补给，(1分)土壤含水量大；(1分)冬季过湿土壤冻结，(1分)体积膨胀上升形成冻胀丘。(1分)材料：中俄石油运输管道——漠（河）大（庆）线，全长953千米，其中北部的512千米穿越了多年冻土区。多年冻土分为活动层和多年冻层上下两层。地理学者研究发现多年冻土区的融沉、冻胀丘、冰锥等对管道的安全性构成了潜在的威胁。冻胀丘是由于地下水受冻结地面和下部多年冻土层的遏阻，在薄弱地带冻结膨胀，使地表变形隆起，称冻胀丘，按其存在时间可划分为季节性冻胀丘和多年生冻胀丘。季节性冻胀丘每年冬季发生，夏季消失。(3)说明季节性冻胀丘对管道的危害。（6分）夏季冻土融化，管道沉降；冬季土壤冻结的挤压力抬升管道；反复冻融使管道位移发生弯曲变形。多年冻土分为上下两层，上层为夏季融化，冬季冻结的活动层，下层为多年冻结层。我国的多年冻土主要分布于东北高纬度地区和青藏高原高海拔地区。东北高纬地区多年冻土南界的年平均气温在–1°～1℃，青藏高原多年冻土下界的年平均气温约为–3.5°～–2℃。由我国自行设计、建设的青藏铁路格（尔木）拉（萨）段成功穿越了约550千米的连续多年冻土区，是全球目前穿越高原、高寒及多年冻土地区的最长铁路。多年冻土的活动层反复冻融及冬季不完全冻结，会危及铁路路基。青藏铁路建设者创造性地提出了“主动降温、冷却路基、保护冻土”的新思路，采用了热棒新技术等措施。图a示意青藏铁路格拉段及沿线年平均气温的分布，其中西大滩至安多为连续多年冻土分布区。图b为青藏铁路路基两侧的热棒照片及其散热工作原理示意图。热棒地上部分为冷凝段，地下部分为蒸发段，当冷凝段温度低于蒸发段温度时，蒸发段液态物质汽化上升，在冷凝段冷却成液态，回到蒸发段，循环反复。（3）根据热棒的工作原理，判断热棒散热的工作季节（冬季或夏季），简述判断依据；分析热棒倾斜设置（图b）的原因。（8分）冬季。依据：冬季气温低于地温，热棒蒸发段吸收冻土热量，（将液态物质汽化上升，与较冷的地上部分管壁接触，凝结，释放出潜热，）将冻土层中的热