冻土冻土层解冻,盖在上面的建筑咋办

多年冻土融化或致俄罗斯发电厂柴油罐坍塌
冻土层解冻,盖在上面的建筑咋办
据媒体报道,多年冻土融化导致俄罗斯诺里尔斯克市一家发电厂的柴油罐坍塌,21000吨柴油泄露到地面和水中,造成大面积污染,出现巨大生态灾难,该市已宣布进入紧急状态 。
冻土融化和地面建筑有无关系?冻土层融化会对冻土层上建造的建筑造成什么威胁?有没有什么办法避免冻土层融化对建筑带来的影响?科技日报采访人员就此进行了采访 。



多年冻土区是个大致范围
“冻土,顾名思义,就是温度在0℃或0℃以下含有冰的各种岩石或土 。”中国科学院西北生态环境资源研究院冰冻圈科学国家重点实验室副主任吴通华说,冻土按其生存时间细分,可分为短时冻土、季节冻土和多年冻土3种主要类型 。
短时冻土是指冻结时间在数小时至半个月的岩土层;季节冻土是指冻结时间在半个月至数月的岩土层;多年冻土是指冻结时间在数年至数万年的岩土层 。
“实际上,人们常说的永久冻土表达不科学,科学的名词只能是多年冻土 。”吴通华告诉采访人员,对多年冻土,国际上公认的科学定义是:温度在0℃或低于0℃,且至少连续冻结两年的岩土层 。此外,在有些情况下,比如盐分含量很高的海底、海岸带、盐湖周边地区,土壤温度低于0℃,但没有结冰冻结,也属于多年冻土 。
由于埋藏在地下,多年冻土区一般按照年平均气温来划分 。连续多年冻土区是指区域内95%的地方都有多年冻土存在的区域,大致年平均气温为-6℃—-8℃;不连续多年冻土区是指多年冻土占区域总面积的50%—90%,大致年平均气温在-1℃—-4℃;此外还有多年冻土占区域总面积50%以下的岛状多年冻土区 。
“多年冻土区是个大致的范围,并不是指实际多年冻土的存在范围 。”吴通华以青藏高原为例介绍,一般认为青藏高原多年冻土区面积是148万平方公里,实际上目前最新的研究结果显示高原多年冻土面积约为106万平方公里,相差的42万平方公里是多年冻土区内部的融区 。目前最新的研究认为,北半球陆地多年冻土区面积约为2100万平方公里 。
多年冻土主要分布在北半球 。但实际上,赤道附近乞力马扎罗山、南美的安第斯山和南极地区也有一些多年冻土分布,只是这些地区的多年冻土面积较小 。除了这些陆地多年冻土之外,北冰洋的大陆架下面还有大量的海底多年冻土,估算面积约为230万平方公里,其最大的厚度可达100米 。北极海底多年冻土是在末次盛冰期形成的,后来随着海水上升被淹没,从而变成海底多年冻土 。
冻土融化会引发建筑工程病害
【冻土冻土层解冻,盖在上面的建筑咋办】“由于多年冻土面积巨大,要对其开展大面积保护并不现实,因此只能针对具体建筑物和线性工程(如公路、铁路和输油管线等)采取不同的措施 。”吴通华举例说,多年冻土区内的美国阿拉斯加、俄罗斯西伯利亚的很多地区有着重要的石油和天然气资源,相应地建设了大量工程设施 。
多年冻土层一般很厚,建筑的地基很难穿透,大部分只能直接建立在多年冻土上 。多年冻土融化会引起工程病害,导致房屋倒塌、路基和桥梁破坏 。在北极圈内,由于气候变暖加速,多年冻土区的工程病害程度加重,增加了这些工程运行和维护成本 。
比如,受冻土融化的影响,西伯利亚的一段铁路铁轨已经扭曲变形 。火车如果行驶在这样的铁轨上,极有可能会发生严重的事故 。
“目前还没看到俄罗斯诺里尔斯克市发电厂柴油罐坍塌的事故报告,不能简单将事故与多年冻土融化挂钩 。”但吴通华说,可以肯定的是,人类活动加快了多年冻土融化过程 。
有没有什么办法尽量减小冻土层融化给建筑带来的影响?
吴通华提到了世界海拔最高、线路最长的高原铁路——青藏铁路 。青藏铁路修建时面临三大难题:跨越500多公里多年冻土区、高寒缺氧的环境和脆弱的生态,其中最难解决的是冻土问题 。


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