Морозное выветривание
Морозное выветривание — это собирательный термин для нескольких процессов механического выветривания, вызванных напряжениями, возникающими при замерзании воды в лед . Этот термин служит обобщающим термином для различных процессов, таких как раскалывание морозом, расклинивание морозом и криодеструкция. Этот процесс может действовать в широком диапазоне пространственных и временных масштабов, от минут до лет, от смещения минеральных зерен до разрушения валунов . Оно наиболее выражено в высокогорных и высокоширотных районах и особенно связано с альпийским , перигляциальным , субполярным морским и полярным климатом , но может возникнуть где угодно при отрицательных температурах (от -3 до -8 °C (27 и 27°С). 18 °F)) при наличии воды. [ 1 ]
Сегрегация льда
[ редактировать ]Некоторые чувствительные к морозу почвы расширяются или вздымаются при замерзании в результате миграции воды по капиллярам, образуя ледяные линзы вблизи фронта замерзания. [ 2 ] То же самое явление происходит в поровых пространствах горных пород. Скопления льда увеличиваются в размерах, поскольку они притягивают жидкую воду из окружающих пор. Рост кристаллов льда ослабляет породы, которые со временем разрушаются. [ 3 ] Это вызвано расширением льда при замерзании воды, оказывающим значительную нагрузку на стенки защитной оболочки. На самом деле это очень распространенный процесс во всех влажных регионах с умеренным климатом, где есть обнаженные породы, особенно пористые породы, такие как песчаник . Песок часто можно найти прямо под поверхностью обнаженного песчаника, где отдельные зерна откололись одно за другим. Этот процесс часто называют морозным растрескиванием. Фактически, во многих районах это зачастую самый важный процесс выветривания обнаженных пород.
Аналогичные процессы могут действовать и на асфальтовые покрытия, способствуя возникновению различных форм растрескивания и других неприятностей, которые в сочетании с движением транспорта и проникновением воды ускоряют образование колеи, образование выбоин , [ 4 ] и другие формы неровностей дорожного покрытия. [ 5 ]
Объемное расширение
[ редактировать ]Традиционным объяснением морозного выветривания было объемное расширение замерзшей воды. Когда вода замерзает до состояния льда , ее объем увеличивается на девять процентов. При определенных обстоятельствах это расширение способно сместить или разрушить горную породу. Известно, что при температуре -22 °C рост льда способен создавать давление до 207 МПа , чего более чем достаточно, чтобы разрушить любую горную породу. [ 6 ] [ 7 ] Чтобы морозное выветривание происходило за счет объемного расширения, в породе почти не должно быть воздуха, который можно было бы сжать, чтобы компенсировать расширение льда, а это значит, что она должна быть водонасыщенной и быстро замороженной со всех сторон, чтобы вода не мигрировала. далеко, и на скалу оказывается давление. [ 6 ] Эти условия считаются необычными, [ 6 ] ограничивая его важным процессом в пределах нескольких сантиметров от поверхности камня и на более крупных существующих заполненных водой трещинах в процессе, называемом расклиниванием льда .
Не все объемное расширение вызвано давлением замерзающей воды; это может быть вызвано напряжениями в воде, которая остается незамерзшей. Когда рост льда вызывает напряжения в поровой воде, которые разрушают породу, результат называется гидроразрывом. Гидроразрыву способствуют большие взаимосвязанные поры или большие гидравлические градиенты в породе. Если есть небольшие поры, очень быстрое замерзание воды в некоторых частях породы может привести к вытеснению воды, а если вода вытесняется быстрее, чем может мигрировать, давление может повыситься, разрушая породу.
Поскольку исследования физического выветривания начались примерно в 1900 году, объемное расширение до 1980-х годов считалось преобладающим процессом морозного выветривания. [ 8 ] Эта точка зрения была оспорена в публикациях 1985 и 1986 годов Уолдером и Халлетом. [ 6 ] [ 8 ] В настоящее время такие исследователи, как Мацуока и Мертон, считают «условия, необходимые для выветривания морозом за счет объемного расширения», необычными. [ 6 ] Однако большая часть недавней литературы показывает, что сегрегация льда способна предоставить количественные модели для общих явлений, в то время как традиционное упрощенное объемное расширение этого не дает. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
См. также
[ редактировать ]- Гидростатическое давление , которое также может разрушаться в сочетании с тем, что лед блокирует пути оттока в горных регионах.
- Подъём льда
- Поровое давление воды
- Выветривание
- Альты
- Солифлюкция
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Хейлз, Техас; Реринг, Джошуа (2007). «Климатический контроль морозного растрескивания и последствия для эволюции коренных ландшафтов». Журнал геофизических исследований: Поверхность Земли . 112 (Ф2): F02033. Бибкод : 2007JGRF..112.2033H . CiteSeerX 10.1.1.716.110 . дои : 10.1029/2006JF000616 .
- ^ Табер, Стивен (1930). «Механика морозного пучения» (PDF) . Журнал геологии . 38 (4): 303–317. Бибкод : 1930JG.....38..303T . дои : 10.1086/623720 . S2CID 129655820 . Архивировано из оригинала 8 апреля 2013 г. Проверено 20 апреля 2010 г.
- ^ Гуди, А.С.; Вайлз Х. (2008). «5: Процессы и формы выветривания» . В Берт Т.П.; Чорли Р.Дж.; Брансден Д.; Кокс, Нью-Джерси; Гуди А.С. (ред.). Четвертичные и новейшие процессы и формы . Формы рельефа или развитие геоморфологии. Том. 4. Геологическое общество. стр. 129–164. ISBN 9781862392496 .
- ^ Итон, Роберт А.; Жубер, Роберт Х. (декабрь 1989 г.), Райт, Эдмунд А. (редактор), «Справочник по выбоинам: руководство для государственных администраторов по пониманию и решению проблемы выбоин» , специальный отчет 81-21, Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов армии США.
- ^ Исследовательский центр дорог в холодную погоду Миннесоты (2007 г.). «Исследование низкотемпературного растрескивания асфальтовых покрытий — этап II (исследование MnROAD)» . Архивировано из оригинала 7 февраля 2009 г.
- ^ Jump up to: а б с д и Мацуока, Н.; Мертон, Дж. (2008). «Морозное выветривание: последние достижения и будущие направления» . Вечная мерзлота Периглак. Процесс . 19 (2): 195–210. дои : 10.1002/ппп.620 . Архивировано из оригинала 25 декабря 2019 г.
- ^ Т︠Сытович, Николай Александрович (1975). Механика мерзлой земли . Компания «Скрипта Бук» стр. 78–79. ISBN 978-0-07-065410-5 .
- ^ Jump up to: а б Уолдер, Джозеф С.; Бернар, Халлет (февраль 1986 г.). «Физическое выветривание морозного выветривания: к более фундаментальной и единой перспективе». Арктические и альпийские исследования . 8 (1): 27–32. дои : 10.2307/1551211 . JSTOR 1551211 .
- ^ «Перигляциальное выветривание и эрозия головных стенок бергшрундов циркового ледника»; Джонни В. Сандерс, Курт М. Каффи1, Джеффри Р. Мур, Келли Р. МакГрегор и Джеффри Л. Кавано; геология; 18 июля 2012 г., doi: 10.1130/G33330.1
- ^ Белл, Робин Э. (27 апреля 2008 г.). «Роль подледниковой воды в балансе массы ледникового покрова». Природа Геонауки . 1 (5802): 297–304. Бибкод : 2008NatGe...1..297B . дои : 10.1038/ngeo186 .
- ^ Мертон, Джулиан Б.; Петерсон, Рорик; Озуф, Жан-Клод (17 ноября 2006 г.). «Разлом коренной породы в результате сегрегации льда в холодных регионах». Наука . 314 (5802): 1127–1129. Бибкод : 2006Sci...314.1127M . CiteSeerX 10.1.1.1010.8129 . дои : 10.1126/science.1132127 . ПМИД 17110573 . S2CID 37639112 .
- ^ Даш, Г.; А. В. Ремпель; Дж. С. Веттлауфер (2006). «Физика расплавленного льда и ее геофизические последствия». Преподобный Мод. Физ . 78 (695): 695. Бибкод : 2006РвМП...78..695Д . CiteSeerX 10.1.1.462.1061 . дои : 10.1103/RevModPhys.78.695 .
- ^ Ремпель, AW; Веттлауфер, Дж. С.; Ворстер, М.Г. (2001). «Межфазное предварительное плавление и термомолекулярная сила: термодинамическая плавучесть». Письма о физических отзывах . 87 (8): 088501. Бибкод : 2001PhRvL..87h8501R . doi : 10.1103/PhysRevLett.87.088501 . ПМИД 11497990 .
- ^ Ремпель, AW (2008). «Теория взаимодействия льда с почвой и уноса наносов под ледники» (PDF) . Журнал геофизических исследований . 113 (113=): F01013. Бибкод : 2008JGRF..113.1013R . дои : 10.1029/2007JF000870 . Архивировано (PDF) из оригинала 13 апреля 2021 г.
- ^ Петерсон, РА; Кранц, ВБ (2008). «Дифференциальная модель морозного пучения для узорчатого формирования грунта: подтверждение наблюдениями вдоль арктического разреза Северной Америки» (PDF) . Журнал геофизических исследований . 113 : G03S04. дои : 10.1029/2007JG000559 . Архивировано из оригинала (PDF) 9 июля 2020 г.