永冻土是指完全冻住的冻土,永久冻土一般持续300年,时间最长不超过300年 。永冻土作为世界上储量最大的冻土储藏层,对人类居住和发展具有重大影响 。据不完全统计,全球永冻冻土总面积约3300万平方公里(不包括已知世界上最大规模冰冻圈在内) 。此外,永冻土也是地球上生物、动植物和地质变迁的天然博物馆、生物圈的重要组成部分 。其所蕴藏的巨大经济价值和广阔的开发利用前景也是世界上其他国家所无法比拟的 。
一、永冻冻土主要分布在亚洲、欧洲、非洲、北美、南极洲等地区
我国东北地区有很大面积的永久冻土,而北美、南极洲等地区更是永冻土分布极为广泛,几乎占到了整个全球冻土层总量的60% 。俄罗斯、美国、加拿大、日本等国拥有大量永久冻土区,其中俄罗斯有大片永冻土储藏区 。俄罗斯永冻冻土储藏区约占其国土面积的90%以上 。俄罗斯也是全球永冻冻土储藏区最多之一,总面积达250万平方公里,其中俄远东地区永久冻土储藏区面积占全球永久冻土储藏区总面积84%以上 。从国家范围来看,中国也是一片永久冻土储藏区(永冻土) 。中国南方主要有东北及西北永冻冻土储藏区、华北永久冻土储藏区、华南永久冻土储藏区(永冻土);非洲永久冻土储藏区多位于南美洲及澳大利亚东部一带以及大洋洲地区;欧洲及北美地区永久冻土储藏区多分布在欧洲大陆东北部及西北内陆地带以及太平洋西北部地区等 。
二、永久冻土是地球上储量最大的冻土储藏层
永冻土储藏层中蕴藏的天然冰储量为500亿吨~700亿吨 。其中,冰原储量约为1000亿吨,占冻土总储量的43%~50%;冰下覆盖厚度为200~2000 m,占冻土总厚度的12%~13%;厚冰层50~100 m;厚冻土层平均厚度20 m左右 。此外,冰盖埋藏深度还可达1000 m左右 。冰下永久冻土具有较好的储藏性能,已发现20个左右新永久冻土区(冻土湖) 。永久冻土储藏层的冰储量可达万亿吨(已发现冻土湖)或万亿吨(已发现冻土湖)之多,居世界冻土储藏层首位(如图3所示) 。
三、永久冻土是如何形成的
永久冻土是由大量的水分聚集而成的 。在地球内部,水在液态,温度在0℃以上时,所有物质都在冻结形成状态 。当温度低于0℃时,土体处于冰冻状态 。但是冻土层受到地球表面环流气候变化、地壳移动及地表植被沉降等影响而不断被变化,在冰帽或冰碛消融时期,冻土带开始向上流动、增大;在永久冻土开始冻结时或以后,冻土继续向下流动、增大并稳定下来(通常是长期冻土);然后被进一步加厚,又形成了永久冻土或称永久冻土层 。由于永久冻土具有可冻融循环持续时间长并可保存大量岩性冻土资源等优点而成为世界冻土资源最丰富国家之一(包括俄罗斯)所需永久冻土资源极为丰富 。
四、世界范围内冻土形成和利用现状
【永冻土是持续多少年】
冻土分布在北半球各地,包括北极和南极 。根据我国冻土储量统计,我国目前共有冻土(约3300万平方公里)储量724亿吨,占全国冻土储量的4.6% 。其中冻土分布最广、储量最多、开发利用前景最好 。全国现有耕地总面积约为33785万公顷,其中永久冻土层储量约2548亿吨 。这些冻土分布于我国西部地区、青藏高原东北部及东北地区、俄罗斯远东地区、澳洲高原、非洲东南部及中国东部等 。这些冻土资源潜力巨大且有较好利用前景:在我国西部地区,如内蒙古北部以及内蒙古东部、甘肃西部、宁夏、新疆东北部等地区;中国东北部地区以及华北南部及东北部地区;青藏高原东北部地区;东北地区北部及西南地区;西伯利亚西部地区;亚洲东南部地区;美洲北部及西南部地区;欧洲北部及东北部地区都有冻土资源存在;同时也是国家建设用地规模最大与土地利用结构要求及经济效益最高区域之一(详见表1) 。