家里用过老式冰箱的人,大多抠过冷冻室里的霜。隔上一两个月,内壁就结出厚厚一层白霜,得拿铲子一点点往下铲。
怪就怪在冰箱并没有变得更冷,霜却一层层往上长。问题出在水上,跟冷不冷关系不大。冰箱门每开一次,外面带着潮气的空气就进去一回,水汽碰上冰冷的内壁就冻成了霜。门开得越勤,霜长得越快。
把这个家常道理放到海拔四千多米的青藏高原,就能看懂今年冻土研究里一个出人意料的发现。北京大学赵奕、李东锋等人的研究显示,在高原腹地,尽管气候在变暖,活动层底部的冰却在异常增加,范围占到高原多年冻土面积的35%。
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这项研究改写的是一个老观念:冻土是化还是冻,只看温度计。它给出的答案是,天上落下来的水同样有很大的分量。
至于眼下多攒的这些冰,对高原上的路和房子来说未必是福气,反倒带来新的难题,而且这份“家底”有保质期。先说证据。
冻土里的冰看不见,只能靠打钻取土来测。这片地方又高又偏,钻孔本来就稀少。
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团队把能找到的老记录都翻了出来,共369个钻孔,主要分布在青藏铁路工程走廊沿线,2000年以后的钻孔记录到的地下冰明显多于2000年以前。可新旧钻孔不在同一个地方,直接拿平均数比,就像拿东家的米缸和西家的米缸比,说明不了谁家米变多了。
于是团队专门找出几乎在同一位置、前后相隔多年打的钻孔来对照。结果较新的钻孔普遍含冰更多,而且多出来的冰大部分集中在每年夏天会化开的那层土的底部。
这层夏天化、冬天冻的表土,专业上叫“活动层”。冰偏偏多在它的底部,这是破案的关键线索:如果是天变冷了,冰应该从上往下长;现在却是底下先变厚,更像是有东西从上面一路渗了下去。
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渗下去的就是雨水。气象数据显示,2000年以来,受西风影响的高原腹地年降水量增加了六成。水汽的来路很远,2000年后中纬度西风不断增强,把地中海到伊朗高原一带的水汽送上了青藏高原。几千公里外的水汽,最后落在了羌塘的草甸上。
夏天多出来的水渗到活动层底部,在常年零度以下的环境里重新冻住,一年年加在原有的地下冰上。冰箱门开得勤了,霜自然就厚了。
地形也帮了忙。冰变多的地方大多海拔在4500米以上、坡度不到10度,地势平,雨水不容易流走;温度低,渗下去的水留得住。
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为了分清到底是雨水的作用还是寒冷的作用,团队在电脑模型里做了两组对照:让降水停在过去的水平、只保留升温,这些地方的冰就由增转减;让气温不变、只增加降雨,冰反而长得更快。研究的结论是,降水的快速增加,对地下冰变化的影响可能超过了温度。
账算下来,1979年到2018年间,西风控制的区域在地表以下3.2米内增加了约144立方千米的冰。高原东南部归季风管,那里的冰在减少,两边抵消后,整个高原仍净增约98立方千米。
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喀喇昆仑山区一些冰川在全球普遍退缩时保持稳定,过去也被认为跟西风带来的降雪有关。问题跟着就来了:地底下冰多了,地面能不能更稳当?
卫星雷达给出的结果正相反。2014年12月到2022年10月的观测显示,冰变多的区域,地表每年季节性上下起伏约18毫米,其他冻土区约14毫米。
含冰多的土冬天冻胀鼓起来,夏天化了又沉下去,地面像在一呼一吸,起伏幅度越大,路基、桥墩、地基和水渠就越受折腾。研究者建议,高原上的工程设计要把这种“先胀后沉”考虑进去。
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这一点跟青藏铁路关系最直接。2026年7月1日,青藏铁路全线开通运营满二十周年。在550多公里的冻土区,路基两侧的37136根热棒让冻土常年保持稳定。北大用到的钻孔,大多也打在这条铁路沿线。
铁路通了二十年,看护一直没有停。9月25日,在离铁路不到200米的风火山冻土观测站,科研人员王锦荣照常走上试验路基,查看热棒运转、核对监测数据。
按观测站的说法,冻土仍在随气温和环境变化,路基能不能长期稳定,只能靠一遍遍观测来检验。工程手段也在跟着升级。
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新研发的太阳能热棒制冷能力是普通热棒的1.5倍,已在青藏铁路117处冻土病害治理中使用,这些路段沉降量减少了七成以上。北大这项研究等于又提醒了一句:防冻土,光防热还不够,也得防水。
再说保质期。冰能一直攒下去,前提是地面始终冻着。
模拟显示,高原中部有一片区域,随着夏天化得越来越深,大约在2013年冰量就不再增长了。那一带的地温平均只比零度低一点,一旦越过这道线,前些年攒下的冰可能很快化掉。
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这些冰其实还替冻土挡过热。冰化成水要吸收大量热量,含冰多的土升温就慢。
在“降水不变”那组模拟里,地温比真实情况升得更快,可见这几十年雨水多攒下的冰,替高原冻土扛掉了一部分升温。研究本身也有短板。
模型只计算了填在土粒缝隙里的冰,没有算冻土中成层成块的冰透镜体和冰楔,实际变化可能被低估,也可能有偏差。高原上的钻孔分布不均、时间也不连续,这个难题北大在介绍里也明确提到了。
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人为“攒冰”有多难,看看今年另一则消息就知道。四川达古冰川给冰川“盖被子”,每年5月消融季前铺上覆盖材料,9月底降雪前全部收回,冰川消融减缓了80%以上,6年下来局部也只“长高”了10厘米。
西风几十年里送来的水,规模远远超过人力能做到的。可这份馈赠,人管不了,也留不住。西风哪年减弱、地温哪年越线,都不由人定。
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高原又是“亚洲水塔”,它孕育的河流为下游约20亿人供水,地下这笔冰账是盈是亏,最终都会体现在下游的河水里。研究团队的建议很实在:地下冰监测和基础设施风险评估,要把降水和温度一起考虑。
以后风火山上的观测员巡检时,雨量数据得和地温数据一起看了。回到那台老冰箱。霜结得再厚,压缩机一停也就化成了一摊水。
高原这台“大冰箱”这些年因为“门”开得勤,多攒了不少霜,可外面的气温一直在往上走。
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