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万年冰洞的成因浅见

已有 9354 次阅读 2018-7-11 21:32 |系统分类:科研笔记| 冰洞, 地温场, 地热, 地球

 

    夏天到了,期盼点丝丝凉意,一些冰洞奇观被曝出来了,这也是好事,也可能是这些景点的商业炒作,这不是重点。在百度能搜到:

    中国山西突然发掘—神秘山洞!里面景象让世界轰动!

    万年冰世界,大自然鬼斧神工

    这事儿不大,却引起了地质学与地理学的讨论,各种说法都有,什么地温负异常、断层挤压、火山活动、制冷机等,但真实原因是什么?

    其实照我说啊,原因很简单,就是自然原因。原因不会来自地球内部,因为大陆地区大地热流平均为63-68mw/m2,而太阳辐射1368w/m2,二者相差2万倍,地表恒温带之下的温度,绝对受控于太阳辐射。形成冰洞的条件是:

    1)海拔较高或年均气温很低。我国南方所有冰洞均在1500米以上(如图1),说明温度与海拔具有很强的关系,海拔越高,气温越低,如下表所示,为不同海拔高度时的年均气温。以1500米的海拔为例,平均气温约4.6度,山西宁武冰洞,该洞海拔大于2300米,按表中趋势推断,年平均气温会低至0度左右,在一年中冷多热少。长时间处于较冷的气候下,若有较厚的砂层或含水层,这些厚层在长时间温度0下后,几乎成永冻层。短暂的夏天到来,表面融化了些,但地下深部几米至几十米的冰还没融化,又进入另一个冬天了。

破解万年冰洞的成因?
1 年平均气温和海拔的关系表

image003.png
我国冰洞所处位置及海拔

2)有储层:如疏松的砂岩层或石灰岩地层。我国冰洞多数为石灰岩地层,里面含水量丰富,在海拔低或南方地区,就形成卡斯特溶洞,在海拔高或北方地区,就形成冰洞。林州冰冰背之下有一个300-400米宽的断裂破碎带,含大量水;五大连池为火山溶洞型,海拔不高,但 年均气温也低,洞内有较厚第四系堆积,也具有含水层。

两个极端例子:

1)青海永冻层在海拔4000米左右,夏天地表几米以内化了(这叫 活 动层),再深点 儿几乎全部被冻住(叫永冻层)永冻层分为上下两层:上层每年夏季融化,冬季冻结冰,称活动层;下层常年处在冻结状态,称永冻层。冻土层的厚度从高纬到低纬逐渐减薄,以至完全消失。

2)北极的多年冻土厚达千米以上,几乎不化,年平均低温为-15

另外从表2,表3看出,地下恒温带深度在10-40米之间,与地表岩性有关,而恒温带的温度与年平均气温有很大关系。北方越冷,则恒温带温度越低。如大庆市,年平均气温3.7度,则恒温带仅2.2度,即使是大夏天气温35度时,从恒带流出的水为2.2度也不稀罕。同理,在2000-4000米海拔,其年均气温可能低于3.7度,0-100米深度内,只要有较好的储层或含水层,则恒温层温度都会低于2.2度。

表2 不同纬度地区恒温带温度和深度(中科院地热组1976)

破解万年冰洞的成因?

表3 年均气温和恒温层温度的关系(刘晓燕,2007)
破解万年冰洞的成因?

 Mao Xiaoping 中国地质大学(北京)

2018/07/11




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