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青藏鐵路的凍土怎麼解決

生活 更新时间:2024-07-24 13:28:06

  猛犸象是一種在晚更新世時期分布于亞歐大陸和北美洲北部地區、尤其是凍原地帶适應寒冷氣候的大型哺乳類動物之一。但是受氣候環境的變化、人類的捕殺以及栖息地分散近親繁殖嚴重等因素的影響,這種生活在冰川世紀的龐然大物卻倒在了大約公元前2000年。

  關于猛犸象的滅絕之謎,涉及到氣候方面的因素主要是全球氣候變暖,猛犸象被迫向高緯度遷移,導緻生存空間不斷被壓縮,草場植物越來越少,沒有足夠的食物支撐種群的繁衍。

  青藏鐵路的凍土怎麼解決(永久凍土有什麼用)(1)

  2021年3月初英國廣播公司(BBC)曾報道,北極圈内的永久凍土正在消融,帶來的直接後果就是影響俄羅斯、加拿大、美國阿拉斯加等地建在永久凍土層上的建築物以及其它基礎設施。

  地球上最大的“碳庫”

  在南北緯48度以上的高緯度地區,或者高海拔高原山地的地下大約30~40厘米深處,通常都分布着永久凍土層,并且根據凍土層夏季融化與否還分為冰融層和永凍層,上層夏季随溫度的升高而融化冬季随溫度的降低又凍結的被稱之為冰融層(活動層),而下層常年處在凍結狀态則稱之為多年凍層或永凍層。

  衆所周知地球表面海陸面積比大約是7:3,并且北半球的陸地面積是南半球的兩倍多,再加上北半球的高原山地衆多,尤其是有着世界上海拔最高的高原,因此北半球的凍土層面積明顯要比南半球大得多。

  由于凍土層是高寒地帶的“特産”,并且其厚度總體上呈現出随着緯度的升高或海拔的升高而而增厚(或者說是與緯度的高低或海拔的高低正相關),例如北極的年平均低溫大約為零下15℃,這一區域的多年凍土厚可達1000米以上。

  青藏鐵路的凍土怎麼解決(永久凍土有什麼用)(2)

  據統計地球上的多年凍土、季節凍土和短時凍土區面積約占地表陸地面積的一半,其中多年凍土面積則占到了陸地面積的25%,而我國多年凍土面積約為210萬平方公裡,其中接近90%分布在青藏高原上。

  由于凍土層是一種對溫度極為敏感的土體介質,對溫度要求極低,因此有多年凍土分布的區域的植被類型主要以地衣、苔藓、草甸為主,樹木極其稀少。

  根據美國國家海洋和大氣管理局(NOAA)的預測,僅在北半球的永凍土中,就封存了大約1.6萬億噸的有機碳,相當于全球森林系統碳含量的三倍,是地球上最大的碳庫。

  永久凍土帶有什麼用?

  2016年的一個夏天,中科院西北生态環境資源研究院凍土工程國家重點實驗室常務副主任牛富俊曾來到河北省平泉縣考察,在一處山坡上他發現了七八個深約0.3米-1米的洞穴,并根據洞穴發現地表底下有一個永久凍土層。

  當時牛副主任查看一個較深的洞穴時,裡面竟然寒氣襲人,經過測量地表實時溫度接近33度,洞穴裡面的溫度僅僅隻有零下2.4度,當地老百姓稱百年前人們就知道利用這種低溫當“冰箱”。

  青藏鐵路的凍土怎麼解決(永久凍土有什麼用)(3)

  實際上永久凍土層的作用就如同一個巨大的冰箱,它能夠對深埋地下的生物進行“保鮮”,就像一個天然的博物館一樣能讓當代的人類有幸看到古生物真實的樣子。例如在西伯利亞的永久凍土帶,考古學家就曾挖掘出保存完好的死猛犸象,甚至在俄羅斯和加拿大還有售賣數千年前的猛犸象肉供人們嘗鮮的。

  我國著名的古生物學家邢立達博士,他曾在加拿大吃過一塊4000年前的猛犸象腿肉,并将這一經曆分享到自己的社交平台上給他的粉絲朋友做科普,他表示猛犸象肉口感很粗糙,感覺有點像野豬肉,并且含有很重的土腥味。

  青藏鐵路的凍土怎麼解決(永久凍土有什麼用)(4)

  永久凍土層除了有着冰箱般的“保鮮”作用,還有兩個重要的作用分别是固碳和構成承重基礎。

  上文中講到,僅北半球的永久凍土層就封凍了1.6萬億噸二氧化碳,是目前大氣中發現的碳的兩倍,如果沒有永久凍土層的固碳作用,地球上的溫室效應将會更大,全球氣候變暖也将加劇。

  而永久凍土層的下層常年處在凍結狀态,成為一種相對堅硬的承重基礎,沙俄時期修建的全長9288公裡、連接莫斯科與海參崴(符拉迪沃斯托克)的西伯利亞大鐵路(第一亞歐大陸橋)就橫貫了世界上面積最大的永久凍土帶,為溝通不同地域間的經濟和文化聯系、加強西伯利亞的資源開發和環境治理等方面起到了十分重要的作用。

  北極圈内的永久凍土帶消融,危及基建設施

  永久凍土層并不等于永遠不融化,實際上地球正在以驚人的速度變暖,南北極地冰川、凍土層以及高山冰雪的融化所帶來的惡果正在顯現。

  青藏鐵路的凍土怎麼解決(永久凍土有什麼用)(5)

  2020年5月29日,位于俄羅斯克拉斯諾亞爾斯克邊疆區諾裡爾斯克市的一家熱電廠發生柴油洩漏事故,20000噸柴油流到土壤和附近的河流中,導緻河流污染超标數萬倍,據據綠色和平組織預估直接經濟損失達到了100億盧布,按當前的彙率計算折合8.471億人民币。

  根據調查組調查的結果顯示,造成此次漏油事故的“罪魁禍首”是全球氣候變暖,導緻永久凍土層出現融化,加上熱電廠安全巡檢不到位,最終釀成了此次事故。

  原本20000噸柴油被儲存在儲油罐中,而儲油罐的樁基支架直接打入凍土層中,随着全球氣候變暖永凍層出現融化後,地面失去承重基礎的支撐會産生不均勻的沉降,而熱電廠完全沒有意識到罐體的傾斜情況,造成儲存了大量柴油的儲油罐在重力作用下發生傾倒、罐體破裂,柴油流向低窪的地表與河流裡,河流幾乎被染成了紅色(如下圖)。

  青藏鐵路的凍土怎麼解決(永久凍土有什麼用)(6)

  此次柴油洩漏事故使俄羅斯進入了緊急狀态,并且也再次給全球敲響了警鐘。因為俄羅斯的國土橫跨亞歐大陸北部,有超過60%以上的國土位于永久凍土帶上,例如“冰城”雅庫茨克市就是世界上最大的凍土層城市。

  随着永凍層的融化,所在區域的地面由于失去堅實的支撐就會出現沉降或坍塌,地面上的建築物、道路、油氣和輸電線管網以及河岸線、海岸線等都将發生扭曲、破壞,有的甚至被完全摧毀,需要投入更大的人力物力和财力進行修複、重建或者搬遷。

  而更令人擔憂的是,永久凍土帶約占陸地面積的25%,尤其是像俄羅斯、加拿大、挪威、芬蘭、瑞典、美國的阿拉斯加這樣的主體部分位于寒帶的國家或區域,無可避免的有許多重污染的化工廠就建在永凍層上,一旦出現凍土層融化沉降,造成更大體量的污染物質洩露的後果将不堪設想。

  全球永久凍土加速融化:美國俄羅斯加拿大等國也束手無策!

  青藏高原凍土融化

  青藏高原是世界上海拔最高的高原,被稱為“世界屋脊”、“地球第三極”和“亞洲水塔”之稱,我國有将近90%的永凍層就分布在這裡,總面積達約為189萬平方公裡。

  青藏鐵路的凍土怎麼解決(永久凍土有什麼用)(7)

  在青藏高原上,我國已經建成的新藏公路、青藏公路、滇藏公路、青藏鐵路以及在建的川藏鐵路(由成雅段、雅林段、拉林段三部分組成)、滇藏高級公路、京藏高速(那曲到羊八井鎮段在建)等進藏線路都無可避免的要穿部分越凍土帶,但是随着永久凍土層的融化,這無不給進藏線路的維護和工程建設帶來巨大的挑戰。

  以2006年7月1日建成通車的青藏鐵路為例,線路總長1956公裡,由一期工程的西格段(西甯至格爾木)長814公裡、二期工程的格拉段(格爾木至拉薩)長1142公裡組成,鐵路穿越海拔4000米以上地段達960公裡,是世界上海拔最高、線路最長的高原鐵路。

  并且格爾木至拉薩段之間不僅穿越了戈壁荒漠、雪山草原和沼澤濕地,鐵路還穿越多年連續凍土裡程達550公裡,因此青藏鐵路也是世界上穿越凍土裡程最長的高原鐵路,

  然而,根據中國科學院青藏高原研究所的多項檢測數據表明,青藏高原受全球氣候變暖影響明顯,而長期遙感及地面監測顯示:在過去30餘年間,青藏高原海拔在4000-5000米範圍内年平均氣溫上升了1.8℃,遠高于全國平均值;而同期青藏高原永久凍土面積由150萬平方公裡縮減為126萬平方公裡,減幅達16%;冰川面積縮減了0.8萬平方公裡,退縮幅度達15%等。

  青藏鐵路的凍土怎麼解決(永久凍土有什麼用)(8)

  種種數據表明,随着全球氣候變暖的加劇,在青藏高原永久凍土帶修建的進藏線路将會面臨維護、建設難度以及工程造價成本增加等問題,但是好在中國被稱為“基建狂魔”,在凍土帶上建橋梁、隧道有着強大的技術優勢和組織優勢,可以将橋梁的基樁打入基岩層來支撐鐵路路基。

  雖然凍土層曾是青藏鐵路修建過程中面臨的“世界級”難題,但是建設者們通過強大的技術攻關服了這一難題,格拉段在凍土帶綿延數百公裡的線路基本穩定,99.5%的凍土區段路基沉降量均未超過50毫米的設計允許值,保障了進藏出藏列車的安全平穩運行。

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