凍土是（外文名：frozen soil）指零攝氏度以下，并含有冰的各種巖石和土壤。一般可分為短時凍土（數小時/數日以至半月）、季節凍土（半月至數月）以及多年凍土（又稱永久凍土，指的是持續二年或二年以上的凍結不融的土層）。
凍土的形成受氣候條件、植被條件、地形、母質條件的影響，其成土過程以物理風化為主，且成土年齡短，處處呈現出原始土壤形成階段的特征。全球凍土的分布，具有明顯的緯度和垂直地帶性規律，自高緯度向中緯度地區，由連續多年凍土帶過渡為不連續多年凍土帶、季節凍土帶；多年凍土主要分布在北半球的高緯度和高海拔地區。中國是世界上第三多年凍土大國，僅次于俄羅斯和加拿大，中國的青藏高原是世界上低緯度地帶海拔最高、面積最大的多年凍土分布區。
凍土能儲存淡水資源、影響農業生產。多年凍土層中的凍融作用會形成石海、冰丘、冰椎、融凍泥流階地等獨特的冰緣地貌景觀；同時，凍土的凍融作用對全球氣候、水文循環以及生物棲息地均會產生影響。
成土
成土條件
凍土分布區的環境條件存在差異，但氣溫需要常年處于0℃以下，因為土壤或巖石需要長期處于0℃以下的負溫環境，才能保持凍結狀態。這主要受緯度和高度的控制，高緯度和高海拔地區更有利于凍土的形成。如：冰沼土分布區屬凍原氣候，大部分地面被雪原和冰川所覆蓋，年平均溫在0℃以下，一般都在-10℃至-17℃，冬季氣溫可低至-40℃，甚至-55℃，夏季溫度也很低，7月份平均溫度不超過10℃，全年結冰日長達240天以上。
由于凍土區氣候嚴寒，植被是以青苔、地衣為主組成的苔原植被，草本植物和灌木很少，常見的植物有：石楠屬、北極蘭漿果、藍花楹等開花植物，南緣有云杉、落葉松、樺、銀白楊、柳、山梣等，生長緩慢，矮小癥且畸形，各種植物的年生長量均不大，苔原地帶每年有機質的增長量為400公斤/公頃，是世界各自然地帶中最少的。
凍土發育的地區，因剛脫離冰川覆蓋不久，冰川地形保持得相當完整。凍漠土分布區的地形主要是陡峭的山坡，角鋒、刃脊、第四紀和近代冰川所形成的冰斗和冰磧垅堤，寬谷，湖盆的湖積平原等。成土母質的差異較大，加拿大、西伯利亞地盾區是前寒武系基巖。其他地區有古生代各種大理石、石英砂巖、板巖、中生代的灰巖、紅色鈣質砂泥巖及近代泥礫和沖積物，殘積物，冰磧物，冰水沉積物等。
成土過程
凍土形成以物理風化為主，進程十分緩慢，只有凍融交替時才稍為顯著，生物、化學風化作用亦非常微弱，元素遷移不明顯，粘粒含量少，普遍存在著粗骨性。高山凍漠土粘粒的氧化鉀（K2O）含量很高，可達50克/每千克，說明脫鉀不深，礦物處于初期風化階段。凍土區普遍存在不同深度的永凍層，如：濕凍土分布區、干旱凍土分布區、極地冰沼土區。凍土成土年齡短，處處呈現出原始土壤形成階段的特征。
分類及特征
根據凍結的持續時間劃分
指受天氣變化影響，暫時凍住，不久便融化的土壤或疏松巖石層，其特征為受天氣變化影響較大，氣溫回暖便會融化。
指冬季凍結、春季融化的土壤或疏松巖石層，其凍土層深度由自然地理條件和土壤物理特性等因素決定，其特征為季節性交替融化。
多年凍土又稱“永久凍土”（permafrost），是指在0℃和0℃以下（年均氣溫<-2℃），持續3年或3年以上的凍結不融的土壤和疏松巖石。如果多年凍土在水平方向上的分布是大片的、連續的、無融區存在的稱為整體多年凍土；如果多年凍土在水平方向上的分布是分離的、中間被融區間隔的稱為非整體多年凍土。
根據地理分布劃分
冰沼土因其是凍原地帶的代表性植物，又稱“苔原土”。它分布于極地凍原氣候區和黑龍江省北部，通常處于濕潤狀態，土層較淺的土壤或疏松巖石層。
凍漠土包括高寒荒漠土和高寒凍土，土壤比較干燥，其特征為表層土色較淺，表層礫石較多。
分布
全球凍土的分布具有明顯的緯度和垂直地帶性規律。自高緯度向中緯度，多年凍土埋深逐漸增加，厚度不斷減小，年平均地溫相應升高，由連續多年凍土帶過渡為不連續多年凍土帶、季節凍土帶。極地區域凍土出露地表，厚達千米以上，年平均地溫-15℃；到北緯60°附近，凍土厚度百米左右，地溫升至-3℃～-5℃；至北緯約48°（凍土分布南界），凍土厚僅數米，地溫接近0℃。
全球凍土分布
多年凍土主要分布在北半球的高緯度和高海拔地區。南半球的高山地區如夏威夷的莫納克亞山、非洲的乞力馬扎羅山、新西蘭的南阿爾卑斯山、南美安第斯山等地區也有多年凍土。 在南極洲，裸露的地表大約僅占0.3%，這些地方全部都有多年凍土。主要凍土區普遍氣候嚴寒干燥，土壤結構粗糙，含冰量高，生物多樣性較低，以耐寒適應性強的植被和動物為主。氣候變暖正在加劇這些區域的凍土退化，給當地生態環境帶來嚴重威脅。
南極冰蓋以下可能也有多年凍土，但由于冰蓋厚度達數千米，目前研究還很困難。由于南半球的多年凍土分布范圍較小，多年凍土的研究主要關注北半球地區。北半球實際多年凍士面積在1221萬平方千米到1698萬平方千米，占北半球地表面積的12.8%~17.8%。
北極圈和亞北極地區的土壤結構主要為主要為冰沼土，該地區氣候呈現嚴寒干燥，年平均氣溫低于-10°C，夏季短暫，冬季漫長的特征。該地區凍土含有大量冰晶，土層淺薄，多邊形裂縫發育；植物以凍原植被為主，包括地衣、苔蘚植物、矮生灌木，動物以馴鹿、北極狐、雪貂等為主。
高寒山地凍土區(如青藏高原)主要為高山凍漠土，該地區氣候為高原型大陸性氣候，干燥寒冷，年平均氣溫-4°C至-12°C。該地區凍土土層薄，粗骨性強，粘粒含量少，多邊形裂縫發育；植物以高寒草甸、高寒灌叢為主，動物以藏羚、巖羊、雪豹等為主。
西伯利亞地區多年凍土區氣候為大陸性氣候，嚴寒干燥，年平均氣溫-10°C至-15°C，冬季可達-40°C；土壤結構為主要為凍土，含有大量地下冰，多年凍土厚度可達500米；植物以針葉林、落葉林為主，動物以馴鹿、棕熊、狼等為主。
中國凍土分布
中國是世界上第三多年凍土大國，僅次于俄羅斯和加拿大，中國多年凍土面積為215萬平方千米，占國土面積的22.3%。其中高海拔多年凍土分布在青藏高原、天山、阿爾泰共和國山和祁連山脈地區，面積為172萬平方千米，其余為高緯度多年凍土，主要分布在東北地區。東北地區多年凍土的范圍和實際面積的估算結果差異很大，甚至同一研究者采用不同方法得到的結果差異都很大。其中有報道明確指出，季節凍土主要分布在長江流域以北、東北多年凍土南界（最南部的緯度線）和高海拔多年凍土下界以下的廣大地區，面積514x104平方千米。
中國青藏高原是世界上最大的中低緯度多年凍土分布區。青藏高原平均海拔超過了4000米，因而發育有大量的多年凍土，青藏高原多年凍土對區域水分和能量循環、生態環境保護、畜牧業發展、重大工程建設和碳循環方面都有重要的意義。當前青藏高原多年凍土區的范圍約為150萬平方千米，多年凍土的實際面積約為105萬平方千米。
相關地貌
由于溫度周期性地發生正負變化，凍土層中的地下冰和地下水不斷發生相變和位移，使土層產生凍脹、融沉、流變等一系列應力變形，這一復雜過程稱為凍融作用。它使巖石遭受破壞，松散堆積物受到分選和干擾，凍土層發生變形、從而塑造出各種類型的凍土地貌。也稱冰緣地貌。
石海、石河
石海與石河基巖經過劇烈的凍融風化，巖石崩解，產生大片巨礫巖屑，堆積在平緩的地面上，形成石海。石海線與線有密切的關系，這是因為雪線附近氣溫在0C上下波動頻繁，有利于巖石的凍融崩解。當山坡上凍融崩解產生的大量碎屑物充填凹樓或溝谷，而巖塊在重力作用下順著濕潤的碎屑墊面或多年凍土層表面發生整體運動時，就形成石河。大型的石河稱石冰川。石河運動多呈蝸動狀態，在濕潤氣候條件下移動較快，干燥環境下移動較慢。
構造土
構造土是多年凍土區廣泛分布的一種微地貌形態。由松數堆積物組成的地表，因凍裂作用和凍融分選作用而形成網格式地面。根據組成物質和作用性質的差別，構造士可分為泥質構造土和石質構造土兩類。
泥質構造土又稱為“多邊形土”，是土層凍結之后，溫度繼續降低，引起地面收縮，或土層干縮，產生裂晾而成。通常規模愈大，反映形成時的氣溫愈寒冷。
石質構造土中最典型的是石環。在顆粒大小混雜而又飽含水分的松散土層中，凍融作用產生的垂直分選和水平分選，使礫石由地下被抬升到地面，再集中到邊緣，并呈環狀分布，而細粒土或碎石則位于中間。石環直徑可達數十米。
冰丘與冰錐
冰丘與冰椎地下冰的凍脹而使地面形成丘狀的冰丘。冰丘內部有冰透鏡體的稱冰核丘，冰丘多分布在地下水位較高、地形較平緩、土層較厚、土質較細的地區。
冰椎是在寒冷季節流出封凍地表和冰面的地下水或河水凍結后形成的丘狀或椎狀冰體。
熱融地貌
熱融地貌是指由熱融作用產生的地貌，熱融地貌分為熱融滑和熱融沉陷兩種。由于斜坡上的地下冰融化，土體在重力作用下沿凍融界面移動，就形成熱融滑塌。平坦地表因地下冰的融化而產生各種負地貌，稱熱融沉陷。由熱融沉陷形成的地貌有沉陷滑斗（直徑數米）、淺洼地（徑長數百米）、沉陷盆地等。當這些負地貌積水時，就形成熱融湖。
融凍泥流階地
融凍泥流是指坡地上土屑物質在解凍時似泥漿狀沿著融凍界面向下編動的現象。融凍泥流多發生在10°-30°的坡地上。在坡度較大的斜坡上，常形成泥流坡坎；坡度軟緩的地方，則形成泥流階地。山坡在長期的融凍泥流作用下，形成平緩均勻、覆蓋著碎屑物質的融凍泥流坡。融凍泥流堆積物無分選性，缺乏層理，堆積物中常見草皮和泥炭夾層，以及揉褶現象。
影響
凍土狀態下的影響
凍土層內儲存了大量淡水資源，對維持高原植物生長和全球生態平衡至關重要。
凍土的凍融作用會改變土壤水分和物理性質，影響作物播種時間、發芽率和生長周期。但凍土也有利于減緩土壤含水量消退，有利于干旱區農作物生長。
多年凍土層中的凍融作用會形成石海、冰丘、冰椎、融凍泥流階地等獨特的冰緣地貌景觀。
凍土的凍融會導致體積變化和應力產生，影響建筑物和基礎設施的穩定性，如青藏鐵路需設置特殊裝置以適應凍土變化。
凍土結凍早融化晚，可能會延長病蟲害的越冬期，有利于防治。總之，凍土在調節水循環、維持生態平衡、影響農業生產和基礎設施等方面發揮著重要作用。
凍土融化下影響
凍土層中儲存了大量的二氧化碳和甲烷氣體。如果凍土融化，這些有機物質開始分解，會釋放出大量的溫室氣體到大氣中，進一步推升全球氣溫。凍土融化后釋放的大量溫室氣體，會加劇全球變暖，形成惡性循環。例如：1962-2019年中國三大多年凍土區(東北高緯度、西北山地、青藏高原)的極端暖事件均呈現顯著增加趨勢，尤其是2005-2019年高強度極端暖事件頻發。
凍土層融化后，原本被凍結的水分開始釋放，參與區域乃至全球的水循環過程。凍結層上水位隨著凍土融化深度增加而下降,包氣帶厚度增加。凍土層上下水貫通。形成貫通融區。湖水可能經由這個貫穿融區被迅速排干。
如果土層每年吸熱比散熱多，地溫逐年升高，多年凍土層逐漸融化變薄以至消失，處于不穩定狀態，稱為退化的多年凍土。凍土融化導致地表下陷形成積水洼地，原有地表的水熱平衡被打破，退化的多年凍土融化不斷加劇，熱融洼地也隨之不斷擴張而形成熱融湖塘。
凍土融化導致動物失去了棲息地，使得它們的存活率大幅下降。這不僅對凍土動物種群的數量產生了負面影響，也對整個食物鏈和生態系統造成了破壞。受積雪減少、冰川退縮和多年凍土退化的影響，高山帶出現了新的物種棲息地，原有植物群落組成和結構也發生改變。例如：北歐一些高緯度山地林線以上的高山植被帶生物多樣性明顯降低。
凍土融化導致人類失去居住地，例如：阿拉斯加州90%的區域所覆蓋多年凍土融化，建筑物基礎和基礎設施的崩塌，大量村莊可能需要遷移凍土。
勘探方法
由于多年凍土總是埋藏在地表一定深度之下，通過遙感等方法在空間上準確判斷具有一定的難度，而其偏遠的地理位置和嚴酷的自然環境又限制了大規模的野外調查。因此，多年凍土實際分布區很難直接確定。因此，早期的研究只能先大致根據氣象條件劃分出多年凍土帶，在此基礎上進一步開展研究。在實際的多年凍土分布研究中，往往是根據氣象條件特別是氣溫、土壤質地等參數進行計算，判斷多年凍土存在的可能性。這種模擬得到的結果可以利用實際的調查，例如野外踏勘法（現場觀察地表有無多年凍土典型地貌來判斷）、坑探法（直接挖掘土壤探坑，觀察有無地下冰）、鉆探法（機械鉆探獲取巖心，判斷是否凍結）、地溫測量法（對于因為地下冰含量低難以判斷是否凍結或鉆探過程時間過長，可能會導致地下冰融化的地區，在鉆孔內布設溫度探頭，直接測定地溫）、地球物理勘探（通過雷達、電磁、地震等物理探測方法，判斷地層信息，結合其他方法驗證）等方法獲得的結果進行驗證。
研究歷程
國際研究
國外對于“凍土”的研究最早出現在16世紀，當時文獻中已經出現有關西伯利亞地區和北美存在凍土的報道；18世紀中葉（1757年），蘇聯學者M.B.羅蒙諾索夫提出“凍土地”的概念，他發表“凍土地”的科學綜述，對“凍土地”的形成及其與氣候、地形的關系提出看法；19世紀對于“凍土”的研究更加具體化，上半葉初步獲得西伯利亞凍土層的溫度、厚度、埋藏條件和分布情況的資料，下半葉由于西伯利亞工農業發展尤其是鐵路的修建，極大地推動了凍土的研究。
同時，出現許多關于“凍土”研究專著——如1889年《論西伯利亞的永久凍土》、1912年《永久凍土與永久凍土上的建筑物》以及1916年《阿穆爾鐵路西段在永久凍土條件下供水水源的普查與勘探》等專著。
與“凍土”相關的國際組織的成立和會議的召開，更加進一步推動全球對于“凍土”的研究——如1983年第四屆ICOP，國際凍土協會（IPA）在第五屆國際凍土成立高山凍土及冰緣過程工作組；1993年第六屆國際凍土學大會，俄羅斯學者Bosikov認為凍土所含冰對溫度變化十分敏感。
中國研究
中國關于“凍土”的研究最早可追溯到春秋戰國時期，有關季節性凍土凍結融化的記載；三國時期，古人便利用凍結法施工；解放后的十年間，東北地區凍土區地質礦藏調查、林業開發、鐵路和公路修建以及工業和民用建筑物等各種生產建設的需要，大大促進凍土學的研究；1956年，辛奎德、任奇甲發表《中國東北地區多年凍土分布》的論文；2006年3月，程國棟主持“青藏鐵路工程與多年凍土相互作用及其環境效應研究”，創造性提出“主動降溫、冷卻地基、保護凍土”的設計新思路。
中國也積極參與有關“凍土”的國際會議，2007年2月第二屆亞洲氣候與冰凍圈國際學術研討會上，中國與其他國家共同探討探討冰凍圈研究策略；2008年第九屆國際凍土學大會，中國凍土學專家作題為《溫暖凍土上建筑的創新設計》的報告；2008年10月第七屆全國冰川凍土學大會，這一年同時也是中國冰川凍土學研究50周年，中方在大會上與各國代表進一步探討冰凍圈的影響作用。
參考資料 >
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新華社.新華全媒+丨高原“地下儲備水庫”知多少？——跟隨江源科考隊揭開地下水循環的奧秘.2024-06-11
凍土是如何“凍”住的？.人民日報.2024-05-11
凍土融化將使全球氣溫顯著上升.聯合國新聞.2024-05-11
青藏高原多年凍土變化對水文過程的影響.中國科學院院刊.2024-05-11
冰凍圈生態系統：全球變化的前哨與屏障 .聯合國新聞.2024-05-11
什么是永久凍土？永久凍土有哪些形成條件？. 中國科學院西北生態環境資源研究院 .2024-05-11
“起底”凍土碳釋放 研究分析溫度敏感性的空間格局和驅動因素.中國科學院.2024-05-12
極端暖事件變化對多年凍土活動層水熱過程的影響研究取得進展.中國科學院西北生態環境資源研究院.2024-05-11
多年凍土退化對凍結層上水變化的影響研究——以黃河源區為例.中國地質調查局發展研究中心.2024-06-21
研究稱全球變暖可能導致更多凍土融化.新華社.2024-05-11
阿拉斯加凍土大消融時代來臨.BBS NEWS 中文.2024-05-11