现在世界上所见到的多年冻土绝大部分是第四纪冰时的遗留物。【北极的最老多年冻土大约在60万年前就已形成，西伯利亚的多年冻土的年代距今也有10万年】
在间冰期时，虽然在许多地方的冻土全部或部分融化了，但在高山和高纬的气温很低的大陆性气候区，仍保留了大面积冻上，这部分没有融化而保存下来的冻土称为残留冻土。此外，还有一多分冻土是全新世以来形成的。【例如在冰后期大陆冰盖退却后发育的冻土和在全新世地层中形成的冻土。西西伯利亚北部，2000~3000年前寒冷期形成新的多年冻土与残留的多年冻土衔接在一起；在南部，新形成的多年冻土与下部残留多年冻土还没有衔接上，中间夹有一层融化层而成双层多年冻土结构】冻土是指零摄氏度以下，并含有冰的各种岩石和土壤。一般可分为短时冻土（数小时/数日以至半月）/季节冻土（半月至数月）以及多年冻土（又称永久冻土，指的是持续二年或二年以上的冻结不融的土层）。冻土具有流变性，其长期强度远低于瞬时强度特征。正由于这些特征，在冻土区修筑工程构筑物就必须面临两大危险：冻胀和融沉。随着气候变暖，冻土在不断退化。多年冻土的厚度从高纬到低纬逐渐减薄，以至完全消失。【例如，北极的多年冻土厚达1000m以上，年平均地温为-15℃，永冻层的顶面接近地面。向南，到连续冻土的南界，多年冻土厚度减到100m以下，年平均地温为-3~-5℃，永冻层的顶面埋藏加深。大致在北纬48°附近是多年冻土的南界，这里年平均地温接近0℃，冻土厚度仅为1~2m。】多年冻土从高纬到低纬不仅厚度变薄，而且由连续的冻土带过渡到不连续的冻土带。多年冻土不连续带是由许多分散的冻土块体组成，这些分散的冻土块体称为岛状冻土。中、低纬度的高山、高原地区，多年冻土的厚度主要受海拔控制。一般来说，海拔愈高，地温愈低，冻土层愈厚，永冻层顶面埋藏深度也较浅。【海拔每升高100~150m，年平均地温约降低1℃，永冻层顶面埋藏深度减小0.2-0.3m】多年冻土的厚度虽然受纬度和高度的控制，但在同一纬度和同一高度处的冻土厚度还有差别，这和其他自然地理条件有关。大陆性半干旱气候较有利于冻土的形成，而温暖湿润的海洋性气候不利于冻土的发育。【在欧亚大陆内部的半干旱气候区的冻土南界（北纬47°）比受海洋性气候影响较大的北美冻土南界（北纬52°）要更南一些。另外，在纬度和高度相同的条件下，大陆性半干旱气候区的冻土厚度比海洋性气候区的要大。】阳坡日照时间长，受热多于阴坡，因而在同一高度、不同坡向冻土的深度、分布高度和地温状况都不同，冻土的厚度也不同。【根据观测，昆仑山西大滩不同坡向的山坡，在同一高度和同一深度的阴坡地温比阳坡地温要低2~3℃，阴坡冻土的厚度也要大一些，冻土分布下界高度较阳坡低100m。坡向对冻土发育的影响还随坡度减小而减弱，如大兴安岭当坡度为20~30°时，南北坡同一高度处的地温相差2~3℃，随着坡度减小，不同坡向的同一高度地温差减小，冻土厚度的差别也要小一些】冬季，植被和雪盖阻碍土壤热量散失。夏季，植被和雪盖减少地面受热。因此，在有雪盖和植被的地区，地面年温差减小。【例如大兴安岭落叶松、桦树林区和青藏高原的高山草甸地区，能使地表年温差比附近裸露地面降低4~5℃，永冻层顶面深度变浅，永冻层厚度相对增大，活动层厚度相对减小】所谓多年冻土（permafrost），是指持续多年冻结的土石层。一个典型的多年冻土见图1: 地表有一些覆盖物（土壤或一些植被），这一层一般会季节性的消融和冰冻，温度变化较为剧烈，所以叫活动层（图1，2）。在其之下是多年冰封的岩石或土壤（图1白灰色部分），即多年冻土，他们的温度较为稳定，维持在0摄氏度以下。所以一般人站在地上是看不到多年冻土层的。有多年冻土的区域大概占北半球陆地的24%，其不止是在极地区域，也分布在高山等海拔较高的区域（比如我国青藏高原地区）。图1. （左侧）一个典型的极地区域的多年冻土层（自挪威）冬季和夏季时冻土层和活动层的垂向温度。冻土是指在0℃以下并含有冰的各种岩土和土壤。温度在0℃以下不含冰的岩土和土壤称作寒土或冷土。按土的冻结状态保持时刻的长短，冻上一般可分为短时冻土、季节冻土及多年冻土三种类型。我国的自然地理环境决定多年冻土形成与存在。多年冻土分为高纬度多年冻上和高海拔多年冻土两种。多年冻土的形成是由纬度和海拔高度所决定的。冻土层的厚度从高纬到低纬逐渐减薄，以至完全消失。例如，北极的多年冻土厚达百米到千米（图2）。永冻层的顶面接近地面。逐渐向南，多年冻土厚度减到100m以下，永冻层的顶面埋藏变深。大致北纬48°附近是多年冻土的南界，冻土厚度仅1～2m。超过这一界限，就从连续冻土带过渡到不连续冻土带（图2）。后者由许多分散的冻土块体组成，这种分散的冻土块体称为岛状冻土块（图2）。图2. 多年冻土层从高纬度（左）向低纬度（右）的变化示意图。多年冻土近年来受到非常多的关注和警惕，首先是因为地表温度在北极和北半球高纬度陆地地区上升非常剧烈，这个现象一般被称作“北极放大”现象。从全球地表温度长期趋势图中（图3）可以非常明显的看到，全球气温上升最快的区域在北极地区和北半球陆地。平均而言北极气温变化趋势是全球平均趋势的2倍！为什么会发生“北极放大”现象依然是一个前沿的研究话题。但陆地变暖速率比海洋上变暖剧烈很好理解：陆地比热容比海洋小，在同样的太阳能量照射下，陆地升温更为剧烈。全球地表温度上升最快的区域正是多年冻土主要分布的区域！受全球变暖驱动，冻土层也在不断变暖！图4为过去十年北极地区连续性冻土层、高山冻土层的温度变化。可以看到仅仅10年时间，北极冻土层温度上升了约0.4摄氏度；高山冻土层温度上升了约0.2摄氏度。相比而言，全球平均地表温度过去10年只上升了约0.15摄氏度。图4.过去十年北极地区连续性冻土层（上）以及高山冻土层（下）的温度变化。图自Biskabornet al. 2019。多年冻土以及冰盖冰川等相当于地球的“冰箱”：就像家里的冰箱温度低所以食物等有机物质的储存时间较长，所以大量生物包括动物遗体、植物、微生物等被“冰封”到多年冻土里面。两极冰盖封存的东西反而少，因为很少有生物可以在极地生存，南北极地区域大部分区域都是无人、无生物区。可以想象，如果冻土融化，其中封存的东西将被释放出来！那么，这将打开一个“百宝箱”，还是一个“潘多拉的魔盒”呢？？很不幸，大概率是后者：1、释放温室气体，加剧全球变暖。很多多年冻土中富含有机物（长久以来上层动植物死亡后被埋在地底），冰冻可以减缓永冻层内的有机物分解（参照冰箱里的蔬菜和肉坏的慢）。2、破坏土地稳定性，破坏上层建筑和设施。在接近极地和中低纬度高山区域，很多设施比如公路、房屋等都建设在多年冻土之上。据估计，全球大约350万人生活在多年冻土或邻近区域。一旦多年冻土开始部分消融，上层土地开始变得非常不稳定，滑坡等地质灾害必然会加快，破坏建造在其上的设施。3、释放出封存在其内的各种污染物、微生物。一最近发表在GRL的一个研究表明：北半球的多年冻土储存了超过150万加仑的汞：这个量是大气、海洋、其余土壤中全部汞含量的两倍（Schusteret al. 2018）！多年冻土的消融将导致这些汞的释放，威胁全球生物和人类，而过去几十年已经观测到了全球多年冻土在释放汞。（成里京）冻土是指温度在0℃或0℃以下，含有冰的土层或岩层，分为季节冻土和多年冻土．我国科学家考察了全球变暖对青藏高原多年冻土的影响及其产生的后果．冻融作用：是指冻土层中的水在气温周期性的正负变化影响下，不断发生相变和迁移，使土层反复冻结融化，导致士体或岩体的破坏、扰动和移动的过程。由冻融作用形成的各种地貌，称冻土地貌。石海：在寒冻风化作用下，岩石遭受寒冻崩解，形成巨石角砾，就地堆积在平坦的地面上。①气温经常在0℃上下波动，日温差较大，并有一定湿度，使岩石沿节理反复寒冻崩解。②地形较平坦，地面坡度小于10°，可使寒冻崩解的岩块不易顺坡移动而保存在原地。③坚硬而富有节理的块状岩石，如花岗岩、玄武岩和石英岩等，在寒冻作用下常崩解成大块岩块，得以保留在原地。石海形成后，组成石海的大石块很少移动。同时，石海中又缺少细粒物质而水分较少，冻融分选难以进行，这样石海能长期保存下来。石海常在同一走向、同一岩性和一定高度的山坡上部发育，有一条平整的界限，称石海线。【例如昆仑山的石海线是4900m。石海线比同期雪线高度要低200~300m或400~500m。石海线可大致确定古雪线的高度，石海线是一条重要的气候地貌界线】石河：在山坡上寒冻风化产生的大量碎屑滚落到沟谷里，堆积厚度逐渐加大，在冻融和重力作用下发生整体运动形成。石河运动是石块沿着湿润的碎屑下垫面或永冻层的顶面在重力作用下移动，这里温度变化起着重要作用，它会引起碎屑空隙中水分的反复冻结和融解，导致碎屑的膨胀和收缩，促使石河向下运动。石河运动速度较低，但中央部分流速比两侧流速要快。湿润气候区的石河流速比干燥气候区的要快，石河中的岩块经长期运动，可以搬运到山麓停积下来，形成石流扇。石河停止运动是气候转暖的标志之一。【当石河不再移动时，角砾表面开始生长地衣苔藓，有时在石河上生长树木或堆积新沉积物。这些石河一般多分布在现在多年冻土的南界（北半球高纬地带）或高山冻土的下界附近】石冰川：当冰川退缩后，聚集在冰斗和冰川槽谷中的冰破物，在冻融作用下顺谷地下移形成。石冰川分布在高山森林线以上，由尖角岩屑组成，平面形状很像冰川舌。石冰川的纵剖面常呈上凸的弧形，横剖面中部突起。它的长度一般可达300~400m，宽100m左右。【阿拉斯加最大的石冰川长达3km，末端堤高60m。】在第四纪松散沉积物的平坦地面上，由冻融和冻胀作用，地面形成多边形裂隙，构成网状，称为多边形构造土。从地表平面看，裂隙组成多边形，从剖面上看，裂隙呈楔形。冰楔：在多年冻土区，地表水周期性注入到裂隙中再冻结，使裂隙不断扩大并为冰体填充，剖面成为楔状，称为冰楔。冰楔的形成先是地表形成裂隙，地表水注入再冻结而成脉冰，由于脉冰常深入到永冻层中，到温暖季节，上部活动层的脉冰融化消失，永冻层中的脉冰则仍然存在。到了寒冷季节冻土又发生体积不均衡膨胀，原有的裂隙不断扩大。到来年夏季又在裂隙中注入水分，冬季再冻结胀裂，如此反复作用，就形成冰楔。②冰楔的围岩是可塑性的，水在裂隙中才能冻结、膨胀，围岩不断受挤压变形，冰楔不断展宽。③需要严寒的气候条件，年平均温度一般为-6~-3℃。砂楔与冰楔形态相似，但裂隙中填充的不是脉冰，而是松散的砂土，叫砂楔。砂楔可从冰楔演变而来，当冰楔内的脉冰完全融化后，砂土代替冰体填充于楔内，形成砂楔，所以又把砂楔看成古冰楔。石环：是由细粒土和碎石为中心，周国由较大砾石为圆边的一种环状冻土地貌。【它们在极地、亚极地以及高山地区常有发育】石环的直径一般为0.5~2.0m，在极地地区可达十余米。石环是冻土中颗粒大小混杂的松散砂砾层，由于饱含水分，经频繁的冻融交替，产生物质分异形成的。活动层中的大小混杂的砂砾，冬季，先从地面冻结，砂砾层孔隙中的水冻结膨胀，地面和砂砾层中的砾石一起被抬高，砾石的下部尚未冻结而出现空隙，砂土填入或水渗入形成冰透镜体。夏季，活动层上部解冻，由于砾石和砂土的导热率不同，砂土中的冰先融化，地面逐渐回降到原来位置，但砾石下部仍为冻结状态，这时一些大颗粒碎石或砾石却比周围含水砂土位置相对升高。等砾石下部冰开始融化时，砾石周围的砂土向砾石下部移动，填垫在砾石下部，当活动层全部融化后，砾石却相对抬升了一段距离，在这种冻融过程反复作用下，大的石块或砾石就逐渐被顶托到地面。斜坡上发育的石环，在重力作用下常成椭圆形，它的前端由大石块构成石堤，这种石环又叫石圈。在较陡的山坡上，石圈前端常分开，经冻融分选的最大岩块，集中在纵长延伸的裂隙中，形成石带。冻土层中常夹有未冻结层，未冻结层中的水分在地下慢慢凝结成冰体，使地面膨胀隆起，形成冰核丘。冰核丘的平面呈圆形或椭圆形，顶部扁平，周边较陡，可达40~50°。冰核丘的顶部表面因地表隆起变形，产生许多方向不一的张裂隙而下陷。冰核丘的规模大小不等。一年生的冰核丘的规模较小，高只有数十厘米至数米；多年生的冰核丘规模较大，高可达十余米至数十米，直径从30m到70m不等。冰核丘有时能产生爆炸。在夏季气温上升很快，上部冻结层迅速融化，冻结土层急剧变薄，这时如冰核丘内含有气体，承压力很高的地下水就可能发生喷水爆炸。土溜阶坎：是多年冻土区坡地上的一种地貌现象。当融冰时地表过湿的松散沉积物沿坡向下流动，前端常成一陡坎，叫土溜阶坎。土溜阶坎高约1m左右，宽4~5m，有的规模还要大一些。成因是多年冻土上部的活动层周期性融化，融化的水受下部永冻层的阻挡不能下渗，结果活动层的松散物质被水浸润，内摩擦减小，在重力作用下就缓缓沿坡向下滑动，如遇阻或坡度变缓，流动的速度减慢，前端就壅塞成一个坡坎。热融塌陷洼地：是因温度升高，地下冰融化引起地面塌陷所形成的各种洼地。这种塌陷过程类似喀斯特塌陷过程，而塌陷原因和温度有关，故又称热力喀斯特。多年冻土上部的温度升高可能是气候周期性的转暖形成的，也可能是人为因素造成的。【如砍伐森林、开垦荒地和人工截流蓄水等都可以使地面温度增高】热融塌陷洼地发育在斜坡上形成各种滑塌洼地，在平坦地面上形成漏斗状沉陷洼地，洼地内常积水成湖，称热融塌陷湖。多年冻土发育的高原或平原地区，大大小小的热融塌陷湖星罗棋布。热融塌陷湖形成以后，湖水对湖底土层的传热作用，使底部土层增温，活动层的深度加大，地下冰融化速度加快，湖泊进一步沉陷，直到湖底地下冰全部融化后，湖泊才停止下沉和扩大冻融泥流指冻结的饱水松散土层和风化层解冻后，在重力作用下沿斜坡发生缓慢流动或蠕动的现象。谭老师地理工作室综合整理其堆积物称冻融泥流堆积。主要由粘性土和砂砾组成，是一种没有层理和分选性的杂乱尤章的堆积物，成分与坡地的岩性一致，常有泥炭、古土壤夹层。在滑移过程中遇阻,常出现小型褶皱、断裂或形成台阶状的泥流堆积体，称泥流阶地。发生在消融季节者为块体运动，年流动速度一般<1米。融冻泥流见于多年冻土区。多年冻土下部处于冻结状态，而近地表冬季冻结、夏季融化。如有雨雪作用，加剧表层物质崩解进而运动。若地表物质粗大，没有粘性土，水分可自由下渗，融冻泥流即不会产生；。坡度>30°的山坡，细沙土不易聚集，含水性差，不利于融冻泥流的形成。故在坡度为5～20°、地表物质以细沙土为主、含水量较多的坡地，最适于形成融冻泥流。（1）在滑移、堆积过程中，对,房屋、铁路、公路以及农田等产生破坏，造成工程设施变形位移；（2）泥流堆积物具有特殊的工程地质条件,如作为建筑工程地基,容易产生沉陷、滑移。※冻融泥流和冰雪融化形成的冰川泥石流是两种小同的现象：冻融泥流是冻结层融化后自身发生小规模蠕动、滑移的现象；冰川泥石流是冰雪融化后的水流挟裹大量泥砂石块形成的具有一定流速的特殊洪流。冻融是指土层由于温度降到零度以下和升至零度以上而产生冻结和融化的一种物理地质作用和现象。中国多属于季节性冻土类型——即冬季冻结，夏季消融，多年冻土类型少。由于温度周期性的发生正负变化，冻土层中的地下冰和地下水不断发生相变和位移，使冻土层发生冻胀、融沉、流变等一系列应力变形，这一过程成为冻融。冰对岩石裂隙两壁便产生巨大的压力；而当气温回升时，冰便融化，加於两壁的压力骤减，两壁遂向中央推回。在反覆的冻结和融化过程中，岩石的裂隙就会扩大、增多，以致石块被分割出来，这种作用叫冻融作用。岩石经此作用后可产生棱角状的碎石。①气候因素：区域气候暖干化，影响局地地温上升，导致多年冻土发生退化。②高原鼠兔的活动：高原鼠兔挖掘密集的洞道，既破坏了土壤结构，提高了浅层地温，使多年冻土上限下移，又破坏了致密的草根层，使地表植被根茎遭到破坏，加速了冻融荒漠化过程。③人类活动：草地过牧和不合理的开发工程影响最大，它使地温升高，冻土退化，土壤干燥化，造成山地、缓坡、漫岗地带的地表破碎化、裸露化。①草皮层经冻融作用剥离后，常常形成零星状的斑秃裸地，水土流失现象非常严重，加之冬春季节的大风，风蚀作用使秃斑裸地逐渐扩大和连接起来，最终使草地变为“戈壁沙地”，形成片区，最终形成高寒山区大面积的荒漠化土地。 ②融冻泥流是在冻土区平缓至中等坡度的斜坡地形下，夏季融化的上部土层沿着下伏冰冻层表面或基岩面向坡下缓慢滑动的现象。【分布地区】冻融荒漠化主要分布在高海拔地区（如青藏高原）。【应对措施】防治冻融荒漠化的对策主要是减轻草场压力、恢复草地植被，加强鼠害防治和合理布局开发工程、采用工程与生物措施等。
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