并非像人们想的那样,多年冻土地区到处都是千篇一律,封冻得死死的,其实也有一些不冻的地方,这就是融区。冻土科学工作者给融区是这样定义的:融区是多年冻土中多年处于不冻或融化的地质体。
融区与人类
久居冻土地区的人们,与融区有着如同鱼水一样的密切关系。
大气降水降落在地表,一部分通过融区直接渗入到冻土层之下的含水层里;另一部分汇成溪流,最后经河谷融区补给地下水。可见,融区是大气降水、地表水(河、湖水)与地下水联系的通道(图15)。通过融区,冻土地区的地下水得到补给与排泄。
不仅如此,融区也是冻土地区进行各类建筑的良好场所。前面说过,冻土中尤其是冻土的上限附近,存在着层状地下冰。由于冰的存在给建筑带来许多麻烦。在季节融化层部分,因地基土中的水分冻结,土体膨胀,当建筑物及其外荷载不能克服地基土层向上的膨胀力时,建筑物将被抬起;与此同时,在季节融化层以下,也就是多年冻土部分,由于建筑物采暖,并通过基础将热量不断的传给冻土层。这样就使冻土逐渐融化,形成锅底形融化盘。冰变成水排走后,土体体积缩小,地基土就要下沉。我们知道,建筑场地上的土质,是不均匀的,它的含水、含冰量也不一。因此,无论地基土冻结膨胀,还是冻土地基融化下沉,自然也是不均匀的。这样就会导致建筑物产生裂缝、倾斜,甚至倒塌。
建筑设计师们,为使冻土地区的各类建筑物免遭破坏,从设计开始,就采取一系列措施,消除地基土的不均匀冻胀或融化下沉。但不管采用什么措施,都需大大提高工程造价。多年建筑实践表明,每平米民用居住楼房的建筑费用,多年冻土地区要比非冻土地区高3~5倍,大型工业建筑和公路、铁路的建筑费用更是高得惊人。但如果在多年冻土地区找到更多的融区,把建筑物修建在融区上,岂不就解决问题了吗?这样,一方面可以大大节省工程投资,另一方面还可在融区内取到丰富的地下水,减少远距离输水的麻烦,并降低取水费用,真可谓“一箭双雕,一举数得”。
可见,融区养育了冻土地区的人们,他们与融区结下了不解之缘。但是,多年冻土地区的融区也不是到处都有。特别是高纬度地区,年平均气温低达-13~-15℃以下,白雪茫茫,大地封冻,冻土层厚达百米。苏联的西伯利亚北部、北美洲的阿拉斯加等就是这样的地方。这里的人们为了储水,需要在钻孔中利用电加热器融化冻土层,形成人造融区,然后夏天将地表水引入其中,以备使用。