凍土，一種低于零攝氏度并且含有冰的特殊土體，分布在全球的高緯度和高海拔地區，如我國的大小興安嶺、青藏高原等地。

凍土具有極其特殊的性質，因此可以形成多種奇特的凍土地貌，本文要提到的這些“黑魔法”就是凍土造成的。

01

地下水要冒出來啦

形成凍土的一個重要條件就是土體中含有水，當這些水在不斷冰凍、融化的過程中，就會形成很多有趣的地貌。

地下冰，顧名思義就是在多年凍土中形成的冰，有分凝冰、埋藏冰、脈狀冰等。地下冰是多年凍土地區極為重要的水資源，地下冰的存在對凍土工程和氣候變化等産生極大的影響。

地下冰。圖片來源：維基百科

凍脹丘指的是在冰凍條件下，由于冰增加而引起土壤向上膨脹的地貌。具體而言，冬季季節融化層由上而下和由下而上凍結，過水斷面縮小，凍結層上水處于承壓狀态，同時凍結過程中水分發生遷移，就會産生聚冰層。随凍結面向下發展，當凍結層上水的壓力大于上覆土層強度時，地表就發生隆起，就形成了凍脹丘。

凍脹丘是我國多年凍土區可以經常看到的一種凍土地貌。凍脹丘底部的直徑由幾米到幾十米，高1~2米，有的可達3~5米。凍脹丘表面經常存在縱橫交錯的裂隙。我國已知最大的凍脹丘在青藏公路62道班，它底部直徑40~50米，高達20米。

凍脹丘剖面。圖片來源：維基百科

在多年凍土地區，有時老遠就可以看到銀光閃閃的冰體，這就是冰錐。冬季融化層回凍，地下水壓力增大，沖破上覆土層溢出地表，溢出口冰體逐漸增大升高，并呈錐形。溢水邊流邊凍，并沿原地下水流路延伸，這樣就形成了冰錐。

冰錐的形狀、大小變化很大，有的直徑2~3米，有的呈冰坡延伸幾十米乃至數百米，有時帶有幾個溢水口。冰椎在凍土地區分布非常普遍。

融化中的冰錐。圖片來源：中國科普博覽

02

凍土也喜歡圍圈圈

你見過一圈圈的碎石嗎？凍土特有的凍融分選作用會使不同的物質分離，因此這種“圍圈圈”的現象在凍土區就比較容易出現了，石環和凍脹草環是比較典型的“圍圈圈”地貌。

在平緩而又粗細混雜的地表層，經凍融分選作用，泥土和小的岩屑集中在中間，岩塊就會被排擠到周邊，呈多邊形或近圓形，好像有人有意識地将石頭成一圈，這種凍土地貌叫作石環。

石環。圖片來源：維基百科

形成石環的地段一定要岩石塊和泥土粗細混雜，并且還要求有充足的水分，氣溫在零攝氏度上下波動的持續時間要長一些。隻有這樣，夾雜在泥土中的石塊才會被擠出來。

石環常見于離河灘不遠的平地或河流出山口，因為這裡具備石環形成的條件。

凍脹草環在地表面構成草皮的多邊形或近似圓形，其間裸露布滿岩屑碎石。這是凍土區比較少見的一種冰緣地貌形态，中間赤黃，周邊碧綠，異彩奪目。目前科學家對它的形成機制和過程還不十分清楚。

凍脹草環。圖片來源：參考文獻[1]

03

凍土中的“碎石石”

由于存在裂隙，在水分凍結膨脹情況下，岩石破裂成很多小塊，或者因溫度變化，組成岩石的礦物不均一地熱脹冷縮，造成岩石破裂。在這種情況下就會産生大量大小不等的棱角狀岩塊及岩屑，在地形平緩的條件下，大多岩屑在原地殘留下來，形成碎石覆蓋地面，這就是石海。

石海。圖片來源：維基百科

石海在我國青藏高原、西部高山及大興安嶺北部凍土區均有分布。發育石海不僅要岩石堅脆、存在很多裂隙，還要有一定的水熱條件。即岩石要有一定的水分，同時水分的溫度變化要大，氣溫在0℃上下持續波動的時間要長。

石流坡的物質來源及産生與石海大體相似，但二者出現的地貌部位不同。石海多見于平緩的山項，石流坡則出現在山坡。

石流坡的岩塊、碎屑，除在斜坡原地經寒凍風化産生外，還有受重力作用從山上滾落的。這樣就決定了石流坡的組成物質是上細下粗，坡上方多是小的岩屑，坡下方主要是大的岩塊。

石流坡。圖片來源：維基百科

石流坡是多年凍土地區常見的一種冰緣地貌形态，在大興安嶺和我國西部高山、高原凍土區有廣泛分布，幾乎到處都可以看到。

在天然條件下，地表物質常常是粗細混雜的。由于石塊和土的導熱性能不同，因此凍結速度也各不一樣。碎石導熱率大，就會先凍結，水就會向石塊附近遷移并在其附近形成冰，水形成冰後體積就會膨脹，使碎石産生移動，這樣，粗的物質和細的物質就會産生分離，這種現象科學家們稱之為凍融分選作用，因為它就像篩子一樣，将不同的物質分離。

石條就是由于石流坡上的碎石經反複凍融及凍融分選使碎石彙集于低處，又經重力作用順坡向下延伸而形成的。因此石條常常與石流坡同時存在，碎石與細粒物質呈條形相間順坡排列。

石條，石流坡的“兄弟”。圖片來源：維基百科

由寒凍風化産生的岩塊、岩屑，在重力作用下彙集到斜坡下的溝槽内，碎石沿溝槽徐徐向下移動，形成一條用石頭填滿的小河，故取名石河。

石海、石流坡、石河乃是同族兄弟，彼此存在着有機聯系，往往在同一山地同時出現，常常是山上巨石鋪地，山坡碎石遍布，山麓碎石成流。

石河。圖片來源：維基百科

大自然的“碎石石”是岩石處于特殊的凍土環境中才能形成的，其形式雖然奇特，但隻有人類悉心呵護脆弱的凍土環境，才能使其給人類帶來持續的震撼。

參考文獻：

[1] Hjort, Jan. (2006). Environmental Factors Affecting the Occurrence of Periglacial Landforms in Finnish Lapland: A Numerical Approach.

出品｜科普中國

制作｜地球故事團隊

監制｜中國科普博覽

選送單位：中國科學院計算機信息網絡中心

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