俄罗斯西伯利亚巴塔盖卡坑（Batagaika Crater）

巴塔盖卡坑所在位置及现有高空轮廓图（ESA，2020）

巴塔盖卡坑坑内截面特写（Turetsky等，2019）

巴塔盖卡坑位于俄罗斯西伯利亚切斯基地区（Chersky Range area），是一个热喀斯特洼地（Thermokarst depression），是目前世界上最大的巨型坍塌，也被当地居民称作地下世界之门（gate to the subterranean world），其长度约为1000米，深度约100米，最开始发现于1960年代，因为当地森林植被被大量砍伐，地表积热导致地下永久冻土不断融化，坑内边缘失稳经常发生滑坡，随着全球气候变暖加速了地区永久冻土融化，故巴塔盖卡坑规模和深度还在继续增长，最新研究表明其直径以每年12-14米速度向外不断扩张（Frank Guenther，University of Potsdam）。

Batagaika Crater从1991年到2018年的RGB图像

（Vishakh Vadakkedath等，2019）

2010-2018年Batagaika crater内最高（低）温度分布示例

（Vishakh Vadakkedath等，2019）

冻土是指土壤温度保持0℃以下并出现冻结现象、具有表土呈现多边形土或石环等冻融蠕动等形态特征的土壤或岩层。冻土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，指持续二年或二年以上冻结不融的土层）。地球上多年冻土、季节冻土和短时冻土区的面积约占陆地面积的50%，其中，多年冻土面积约占陆地面积的25%。

如果土层每年散热量比吸热量多，冻结深度大于融化深度，多年冻土逐渐变厚，称为发展的多年冻土，处于相对稳定状态；如果土层每年吸热量比散热量多，地温逐年升高，多年冻土层逐渐融化变薄以至消失，处于不稳定状态，则称为退化的多年冻土。

冻土一般分布于高纬地区和高山上部，一部分广泛分布于北极圈以北的北冰洋沿岸地区，包括欧亚大陆和北美大陆的极北部分和北冰洋的大部分岛屿，东西延展呈带状分布，并且在南美洲也有分布。

由于人类活动大多集中在温暖地区或低海拔平原地带，所以对于冻土的认识较少。但随着人类对资源需求的增多，人类逐渐将目光投向了太空、海洋和寒冷的极区。但包括多年冻土在内的寒带气候区有着独特的环境特性。冻土区气候严寒，植被以苔藓、地衣为主，草本植物和灌木较少，生态环境十分脆弱。因此，永久冻土带消融，会对全球环境产生影响，也越来越被人们所关注。

我们所熟知的青藏铁路修建时就面临着如何正确处理冻土带上施工的世界级难题，高原年连续冻土的地段长度有550公里，还有部分地段为岛状冻土及深季节冻土的地段，青藏高原冻土不像美国阿拉斯加的那样常年不化，而是在夏天地表冻土就融化成烂泥。青藏铁路相应采取的设计准则为“主动降温、冷却地基、保护冻土”，尽量绕避有不良冻土现象的地段，建桥墩直通地底深处的高架桥、长达111公里的片石通风路基、路基上插入灌有液氨的热导管和水平的通风水泥管、路基上覆盖遮阳板等措施，最终实现了格尔木至拉萨段的冻土层行车时速最高为90公里，非冻土层时速最高160公里的目标。

加拿大赫歇尔岛的永久冻土解冻（Boris Radosavljevic，2013）

清水河大桥段的片石通风路基（科普中国）

清水河试验段的热桩（科普中国）

通风管（科普中国）

青藏铁路上驰骋的列车（图源网络）

热喀斯特（Thermokarst）是一种在高寒低温地区（如北极，喜马拉雅山脉，阿尔卑斯山）经常出现的一种地貌特征，主要呈现为永久冻土解冻后形成为表面不规则的湿软空心的洼地，随着冬夏交替，温差较大，坑壁不断崩塌，而这些点蚀的表面类似于在某些石灰岩岩溶区域中所形成的现象，这就解释了它们在没有任何石灰岩岩溶的情况下而得名“热喀斯特”的原因。

加拿大哈德逊湾的永冻土融化池（Steve Jurvetson，2008）

加拿大哈德逊湾的永冻土融化池（Steve Jurvetson，2008）

巴塔盖卡坑坑壁截面沉积层特征（Murton, Julian B等，2016）

巴塔盖卡坑冻土融化后特征，含古植被遗留

（Murton, Julian B等，2016）

巴塔盖卡坑坑内冻土层下发现的保存良好的动物遗体

（Michil Yakovlev / North-Eastern Federal University）

参考文献

[1]Vadakkedath, Vishakh, Jaros?aw Zawadzki, and Karol Prze?dziecki. "Multisensory satellite observations of the expansion of the Batagaika crater and succession of vegetation in its interior from 1991 to 2018." Environmental Earth Sciences 79.6 (2020): 1-10

[2]Murton, J. B., Edwards, M. E., Lozhkin, A. V., Anderson, P. M., Savvinov, G. N., Bakulina, N., ... & Goslar, T. (2017). Preliminary paleoenvironmental analysis of permafrost deposits at Batagaika megaslump, Yana Uplands, northeast Siberia. Quaternary Research, 87(2), 314-330.

[3]Turetsky, Merritt R., et al. "Permafrost collapse is accelerating carbon release." (2019): 32-34

[4]http://en.wikipedia.org/wiki/Batagaika_crater

[5]http://earthobservatory.nasa.gov/images/90104/batagaika-crater-expands

[6]http://polarpedia.eu/en/batagaika-crater/

[7]http://polarjournal.ch/en/2020/08/14/batagaika-gateway-to-the-underworld/

[8]http://www.xinhuanet.com/science/2018-08/09/c_137377904.html

美编：卢阳阳

校对：张腾飞