永久凍土是凍結的地面——可能包括沙子、土壤或岩石——至少連續凍結兩年。它可以在陸地上，但也可以在海底找到。
有些永凍土已經凍結了數百年甚至數千年，但它不同於冬天結冰，夏天解凍的地面。永久凍土會隨著季節變化而保持凍結狀態。
永久凍土層可以有幾英尺深，或者更深。在某些地方，永久凍土層超過一英里深。它被發現覆蓋了巨大的區域，比如整個北極苔原，但它也可以在更小的特定地點找到，比如山的背風面或山頂。
在陸地面積較多的北半球，大約四分之一的地面是永久凍土。它存在於許多您可能期望找到它的地方，例如加拿大、格陵蘭島和西伯利亞北部地區，以及北冰洋海底。阿拉斯加近 85% 的土地永久凍結。
但您也會在意想不到的高海拔地區發現永久凍土，例如落基山脈和西藏的山頂。在南半球，它位於紐西蘭的安第斯山脈和南阿爾卑斯山。
永久凍土定義
1943年地質調查局 (USGS) 的一份報告中，西蒙·威廉·穆勒 (Simeon William Mueller) 首次以英文命名永久凍土層，但之前其他人也曾注意到它。
穆勒從 19 世紀的工程報告中獲得了大量信息，因為在建造西伯利亞大鐵路時必須處理永久凍土問題。
永久凍土可以在冰層下面找到，因此永久凍土層開始於冰結束的地方，但它也可以在科學家稱之為「活動層」的地方找到。
那是一層土壤、沙子、岩石，或者可能會因下雨或晴天等天氣條件而季節或每月凍結和解凍的混合層。在活動層的情況下，你必須向下挖掘大約一英尺或更多才能找到下面的永久凍土層。
這意味著永久凍土存在於地、活動層下方或冰層或雪層下方，這些區域在一年中可能會發生變化（永久凍土在一年中的部分時間可能在雪下，部分時間暴露在外）那一年）。這些變化可能是季節的，受天氣或地熱作用以及其他因素的影響。
通常，永久凍土只存在於年平均氣溫較低的地方——等於或低於水的冰點：32 F（0 攝氏度）。但同樣，獨特的當地和歷史條件可能意味著在平均溫度較高的地方可能會發現永久凍土。
連續多年凍土
當平均土壤溫度為 23 華氏度（-5 攝氏度）時，它足夠冷，地面會持續凍結。當一個景觀的 90%-100% 的地面被凍結時，它被稱為連續永久凍土。
北半球有一條連續的永久凍土線，代土地被永久凍土（或冰川冰）覆蓋的最南點。南半球沒有對應物，因為這條線所在的區域在海洋之下。
不連續多年凍土
當 50%-90% 的地面保持凍結狀態時，就會出現不連續的永久凍土層。當地面保持寒冷但氣溫季節波動時，就會發生這種情況。
在這些地區，一些土壤層會在夏季融化，而其他陰影或保護區可能會保持凍結狀態。
零星的永久凍土
當一個地區的永久凍土層少於 50% 時，它被認為是零星的永久凍土層。這種情況發生在與不連續永久凍土相似的地方，但可能在海拔稍低的地方，或者在暴露於更多陽光或溫暖氣流的地區。
永久凍土的類型
永久凍土的其他一些子集描述了它們所在的區域，而不是它們的範圍。
高山
大多數高山永久凍土層是不連續的，因為它發生在海拔較高的地方，並且當地的天氣條件和地質特徵會對其產生影響。高山永久凍土可以出現在足夠冷的任何地方，因此它們不會孤立於近極地地區。
例如，2009 年，研究人員在距赤道僅約 200 英里的非洲吉力馬札羅山上發現了永久凍土層。它是在靠近山頂的一個沒有冰川作用的地區被發現的。
科學家對高山永久凍土的範圍很感興趣，因為它們含有結合在土壤中的淡水。
當永久凍土融化時，這可能會將水釋放到生態系統中，包括古老的水，但仍有很多未知數——例如，安第斯山脈的永久凍土尚未繪製成地圖。
海底
海底永久凍土被埋在極地地區的海床之下。這些永久凍土層很古老，形成於最後一個冰河時代，當時海平面較低。
當陸地上的冰蓋融化時海平面上升，他們用海水覆蓋了這片冰凍的土地。永久凍土被永久淹沒並保留至今，這會使水下鑽探或海底管道的安裝變得複雜。
土壤結構
在永久凍土環境中形成了許多有趣的土壤結構，這些土壤結構與水的組合和影響有關，水在凍結和融化時會膨脹和收縮，並與當地的土壤、岩石和沙子相互作用。
多邊形
阿拉斯加北極北坡的苔原在國家石油儲備中。
從空中的角度看，多邊形就像一幅大拼圖。它們是在寒冷的冬季氣溫導致土壤收縮的季節形成的。這樣做時，它會產生裂縫；然後這些裂縫充滿了春天的融水（例如，來自附近山脈的積雪融化）。
由於水流入原始土壤下方的寒冷永久凍土層，水凍結並膨脹，形成冰楔。這個循環可以重複多年，每次裂縫都會加深；在某些時候，楔形物變得非常厚，以至於它們將土壤推入看起來像多邊形的山脊。
蘋果果
如果你在看它們時不知道它們是什麼，你可能只會認為冰丘是一座漂亮的圓形山丘。但在有永久凍土的地區，它們有點欺騙，因為雖然它們的外部是由土壤製成的，但內部卻有堅硬的冰芯。
它們可以更像是只有 10 英尺高、底部稍寬一點的土墩，或者它們可以相當大，有幾百英尺高。
根據發在《冰凍圈》雜誌上的一項研究，地球上估計有 11,000 個冰丘，其中大部分位於苔原生物氣候帶。
溶解度
土壤侵蝕是幾個過程的總稱，在這些過程中，地面的上層在其下方的凍結地面上移動。
永久凍土就像一個堅硬、不透水的面，所以當它上面的土壤或沙子被液體浸透時，它會在重力的作用下慢慢滑下斜坡。溶解流有幾種不同的類型，有證據明甚至可以在火星上看到該過程。
熱岩溶
喀斯特通常指的是石灰岩或包含該岩石的過程，但在這種情況下不涉及石灰石——它看起來就像在石灰岩中看到的類似過程。
熱岩溶是由凍脹形成的，凍脹將位於永久凍土上方的活動層的小圓頂推高。當變暖發生時，穹頂會坍塌，留下凹陷的褶皺。從這些地層中，可以發展出冰丘。
在某些情況下，會形成非常大的熱岩溶，當它們充滿水時，就會變成小池塘甚至湖泊。
永久凍土正在融化嗎？
目前，永久凍土覆蓋了大片土地（在北半球，估計有 900 萬平方英里，相當於、加拿大和中國的總和），但它正在縮小。
由於北極變暖的速度大約是溫帶地區的兩倍，而且永久凍土層對溫度的微小變化都很敏感，因此永久凍土層融化的速度比預期的要快，這讓科學家們感到驚訝。
《自然氣候變化》雜誌上一項被廣泛引用的研究估計，如果地球變暖到比工業化前水平高 2°C（我們目前所處的軌道），永久凍土層將減少 40%。
永久凍土和氣候危機
融化的永久凍土有很多影響。
首先，當它融化時，它會向大氣中釋放溫室氣體，尤其是甲烷。這就形成了一個反饋循環——隨著更多的永久凍土融化，更多的變暖氣體進入大氣層，氣候進一步升溫。
其次，融化的永久凍土層會產生局部影響，包括破壞建築物和交通系統的穩定，以及可能發生的破壞洪水或山體滑坡/泥石流事件。
除了生態和經濟後果外，生活在永久凍土上的社區已經開始失去建築物，在某些地方，整個城鎮可能不得不搬遷。在阿拉斯加、格陵蘭、加拿大和，永久凍土融化導致房屋和建築物倒塌或下沉。
在沃爾庫塔，40% 的建築物的結構完整受到損害，而在擁有 175,000 人口的諾里爾斯克市，60% 的建築物因永久凍土融化而受損，該市 10% 的房屋已經被遺棄。
由於地下條件的變化，重建也很困難。在其中許多地方，住房已經稀缺，受影響的大多數是土著人民，他們的社區在這些地區生活了數千年。
由於地下永久凍土的變化，兩座廢棄的建築物一起倒塌。
生態後果
融化的永久凍土改變了景觀。隨著永久凍土層融化，正如加拿大北極地區、阿拉斯加、和其他地方正在發生的那樣，曾經為灰熊、北美馴鹿和其他動物提供食物的豐富景觀正在土壤坍塌下消失。
這是因為當地下的水隨著內部的冰融化而收縮時，地面會被推高並重新排列。小紅莓、藍莓、灌木、地衣和其他可食用植物等動物食用植物無法在泥濘、淤泥的侵襲中存活下來。
溫室氣體排放
人為氣候變化引發的永久凍土融化可能會形成一個危險的反饋迴路。根據發在《自然》雜誌上的一項研究，僅在北極的永久凍土層中估計就有 1,400 吉噸的碳，而且碳的釋放速度比預期的要快。
這大約是自工業革命開始以來人類排放量的四倍，使其成為世界上最大的碳匯之一。如果釋放，這種碳需要被計入科學家用來更好地了解氣候變化未來影響的 全球產出。
如果更多的溫室氣體在永久凍土融化時從中釋放出來，變暖的溫度將加速，導致釋放更多的氣體，更多的永久凍土融化，等等。
病毒和細菌
某些生物可以在冰中保存數千年。條件接近理想——寒冷、黑暗和低氧環境意味著這些微觀細胞中的一些可以存活。
凍結在永久凍土層中的病毒、真菌和細菌在通過融水沖入供水系統時可能變得活躍。
這已經發生在 2016 年，當時一隻被埋在永久凍土中 75 年的攜帶炭疽病的馴鹿解凍了。根據發在 《Plos One 》雜誌上的一項研究，炭疽病進入供水系統，導致數十人患病，一名小男孩亡，數千隻馴鹿亡。
在阿拉斯加發現的完整屍體上也發現了 1918 年西班牙流感病毒，甚至一些 40,000 年前的蠕蟲在解凍後復活了。潛伏在永久凍土中的古代病毒和細菌可能造成的污染的全部範圍尚不清楚。
經濟影響
對於像因紐特人這樣生活在永久凍土融化地區的土著人民來說，由於已經發生並將在未來幾年發生的數千次坍塌和熱岩溶山體滑坡，他們將越來越難以找到食物。
這些地貌變化可以通過坍塌改變海岸，可以改變溪流的流動方式和地點，並可能導致湖泊乾涸。所有這些現象也會對該地區人們賴以生存的野生動物產生負面影響。
永久凍土融化還會導致需要重建或廢棄的建築物和道路倒塌，以及任何商業活動，從石油和天然氣鑽探到輸油管道，以及任何其他依賴穩定地面和可靠供水的企業或社區. 由於其影響廣泛，很難估計永久凍土融化的確切金額。
其他後果
融化的永久凍土很可能會發現埋藏了數千年的古代文明、動物和地球歷史的遺蹟。
一座具有3000年歷史的西伯利亞王子墓已經在偏遠地區被發現，這對研究那個時代和地點的考古學家來說是一個福音。
作者觀點
永久凍土層對陸地環境可產生有益的影響，如分解二氧化碳，減少二氧化碳總量的排放等。
但是，永久凍土的活動層在每年進行的凍融過程中，土層的物理和化學作用均很強烈，對道路和其它各種建築物的危害很大。
參考文獻
丹查克，梅麗莎。「永久凍土：你需要知道的一切。」 自然資源保護委員會，2018 年。
羅澤爾，內德。「赤道附近的永久凍土；亞北極附近的蜂鳥。」 阿拉斯加費爾班克斯大學，2009 年。
「凍土在哪裡？ 」 國家冰雪數據中心。