永久凍土とは何ですか？

北方に住む人々は、冬に気温が零度以下に下がると、外に出て土を掘ると、もともと柔らかかった土が非常に硬くなり、シャベルに白い斑点だけが残ることが多いという経験をしたことがあるでしょう。

注意深い人は、これらの硬い土の中に小さな氷の結晶がいくつかあることに気づくでしょう。そして、落胆せずに掘り続けると、この硬い土の層はそれほど厚くなく、その下には比較的緩い土があることに気づくでしょう。この氷の結晶を含む土壌の層が永久凍土です。

図1: 凍結ゾーン

（写真提供：veerフォトギャラリー）

永久凍土はなぜ発生するのでしょうか?

土壌には多かれ少なかれ水分が含まれています。気温が0度以下になると、土壌中の水分が氷に固まり、土壌が凍り、永久凍土が形成されます。

しかし、なぜ永久凍土が完全に凍っているのではなく、永久凍土の層だけが見えるのでしょうか?

私たちの足元の地球は非常に特殊な性質を持っています。地表では深さが増すにつれて温度が下がりますが、ある一定の深さに達すると温度は下がらなくなり、一年中基本的に一定の温度を保ちます。科学者はこの層を等温層と呼んでいます。等温層の下の土壌層は地球の中心に近づくにつれて、その温度は徐々に上昇します。

このように、永久凍土は摂氏0度以下で氷を含む特殊な種類の土壌であると結論付けることができます。

したがって、永久凍土は、通常の黄土、黒土、赤土とは異なります。それは一種の凍った土です。凍った土は黒土または黄土である可能性があります。もちろん、赤土は主に南部に存在し、南部の気温は摂氏0度を下回ることはあまりないため、凍った赤土は少なくなります。

図2. 陸地温度の深さによる変化

（画像出典：参考文献[1]）

凍土には複数の種類がある

上で述べた永久凍土は、永久凍土の一種にすぎません。天候が暖かくなると、この永久凍土は溶けてしまいます。これを季節永久凍土と呼びます。

さらに、場所によっては、何年も溶けずに残る凍土の一種、永久凍土が存在します。北極や青海チベット高原では、年間を通じて気温が零度以下であるため、永久凍土は年間を通じて溶けません。暖かい年でも、表面の小さな層だけが溶けます。

図3 永久凍土

(画像出典: Wikipedia)

私の国における凍土の分布

私の国の永久凍土は、高緯度永久凍土と高高度永久凍土に分かれています。

高緯度永久凍土は主に大ヒンガン山脈と小ヒンガン山脈に集中しており、その面積は38万〜39万平方キロメートルに及んでいます。高緯度永久凍土はユーラシア永久凍土の南端に位置しています。その平面分布は緯度帯状分布に従っており、つまり、標高が高くなるほど永久凍土の面積が大きくなり、厚さも厚くなります。

高地永久凍土は、青海チベット高原、アルタイ山脈、天山山脈、祁連山脈、横断山脈、ヒマラヤ山脈、および長白山、黄岡梁山、五台山、太白山などの東部の山岳地帯に分布しています。高地永久凍土の形成と存在は、その地域の高度によって制御されます。

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図4 ヒマラヤ

(画像出典: Wikipedia)

永久凍土ツアー

さて、私たちは宋嫩平原の北にある都市、婺江から出発し、南から北まで世界の永久凍土の調査を行ってみましょう。

嫩江では多くの凍結地域が見られ、永久凍土の南の境界に到達したことを示しています。さらに北上して我が国の鉄道の最北端に着くと、もともとブロック状だった永久凍土が今では一枚岩につながり、永久凍土の厚さは50～120メートルにまで増加していることがわかります。

北へ進み続けると北極圏に入ります。元々そびえ立っていた古代の木々は消え去り、代わりにツンドラの風景が現れます。ここでは永久凍土の厚さが200～600メートルにまで増加し、場所によっては1000メートルにも達します。

さらに北へ進むと、この旅の終点である北極海の海岸に到着します。ここの気候は非常に寒く、永久凍土層の厚さは400〜900メートルです。ここは世界で最も厚い永久凍土を有する場所であり、最も厚い部分は 1,400 メートルに達します。

もちろん、これらの場所以外にも永久凍土が存在する場所は数多くあります。南半球は陸地面積が少ないため、永久凍土は主にユーラシア大陸と北アメリカ北部に分布しています。また、高いところに行くほど気温が低くなることもよく知られています。そのため、一部の高山では年間を通じて気温が摂氏0度以下になります。そのため、アメリカのアンデス山脈やアフリカのキリマンジャロ山など、中低緯度の高山や高原にも永久凍土が存在します。

図5 地球の氷圏。図の最後の3つの項目は地球の永久凍土の分布です。

（画像提供：国連環境計画）

結論

人生において永久凍土について知る機会は多くありませんが、地下の厚い氷の層はさまざまな工学的建造物に損害を与える主な原因です。永久凍土地域の生態系は非常に脆弱であり、外部からの干渉によって簡単に損傷を受けます。したがって、永久凍土の研究は、永久凍土の生態学的安全を維持し、永久凍土地域での主要プロジェクトの建設を促進し、災害を防ぐための前提条件です。永久凍土を守るためには、皆様のご支援が必要です。

参考文献:

[1] アシュラフィアン、トゥーラジ & モアゼン、ナザニン & ハグレサン、マスード。 （2011年）。地下の建物における人間の快適性。

制作：中国科学普及協会

著者: Earth Story チーム

プロデューサー: 中国科学博覧会