Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлен из Freeze-thaw )
Перейти к навигации Перейти к поиску
Сюда перенаправляется «гидроразрыв пласта». Для получения информации о методе добычи нефти и природного газа см. Гидравлический разрыв пласта .
Скала в Абиско , Швеция, треснула (вдоль существующих швов ), возможно, в результате механического морозного выветривания или термического напряжения; Chullo показан для масштаба

Морозное выветривание - это собирательный термин для нескольких процессов механического выветривания, вызванных напряжениями, возникающими в результате замерзания воды в лед . Этот термин служит обобщающим термином для множества процессов, таких как растрескивание от обледенения, заклинивание от обледенения и криогенное разрушение. Процесс может действовать в широком диапазоне пространственных и временных масштабов, от минут до лет и от смещения минеральных зерен до разрушения валунов . Это наиболее ярко выражено в высокогорных и высокоширотных районах и особенно связано с альпийским , перигляциальным , приполярным морским и полярным климатом., но может произойти где угодно при температурах ниже нуля (от -3 до -8 ° C), если присутствует вода. [1]

Сегрегация льда [ править ]

Основная статья: Сегрегация льда

Некоторые морозом подвержен почвам расширить или вспучивание при замерзании в результате воды , мигрирующих через капиллярное действие для роста ледяных линз вблизи морозильную фронта. [2] То же самое явление происходит в поровых пространствах горных пород. Скопления льда становятся больше, поскольку они притягивают жидкую воду из окружающих пор. Рост ледяных кристаллов ослабляет скалы, которые со временем разрушаются. [3] Это вызвано расширением льда при замерзании воды, что создает значительную нагрузку на стены 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.. Часто песок можно найти прямо под поверхностями обнаженного песчаника, где отдельные зерна откололись одна за другой. Этот процесс часто называют морозным скалыванием. Фактически, это часто самый важный процесс выветривания обнаженной породы во многих областях.

Подобные процессы могут действовать на асфальтовых покрытиях, способствуя различные формами трещин и других расстройствам, которые, в сочетании с движением и вторжением воды, ускорить гон, образованию выбоин , [4] и других формами дорожного покрытия шероховатости. [5]

Объемное расширение [ править ]

Традиционное объяснение морозного выветривания - объемное расширение замерзающей воды. Когда вода замерзает до льда , ее объем увеличивается на девять процентов. При определенных обстоятельствах это расширение может смещать или раскалывать горную породу. Известно, что при температуре -22 ° C рост льда может создавать давление до 207 МПа , что более чем достаточно для разрушения любой породы. [6] [7] Чтобы морозное выветривание происходило за счет объемного расширения, в породе не должно быть почти никакого воздуха, который можно было бы сжать, чтобы компенсировать расширение льда, что означает, что он должен быть водонасыщенным и быстро промерзать со всех сторон, чтобы что вода не уходит и на скалу оказывается давление. [6]Эти условия считаются необычными, [6] ограничивая их важным процессом в пределах нескольких сантиметров от поверхности породы и более крупными существующими заполненными водой стыками в процессе, называемом заклиниванием льда .

Не все объемное расширение вызвано давлением замерзающей воды; это может быть вызвано стрессом в воде, которая остается незамерзшей. Когда рост льда вызывает напряжения в поровой воде, которая разрушает породу, результат называется гидроразрывом. Гидравлическому разрыву пласта способствуют большие взаимосвязанные поры или большие гидравлические градиенты в породе. Если есть маленькие поры, очень быстрое замерзание воды в некоторых частях породы может привести к ее вытеснению, а если вода вытесняется быстрее, чем может мигрировать, давление может возрасти, что приведет к разрыву породы.

Поскольку исследования физического выветривания начались примерно в 1900 году, объемное расширение до 1980-х годов считалось преобладающим процессом, вызывающим морозное выветривание. [8] Эта точка зрения была оспорена в публикациях Уолдера и Халлета 1985 и 1986 годов. [6] [8] В настоящее время такие исследователи, как Мацуока и Муртон, считают «условия, необходимые для выветривания на морозе путем объемного расширения», как необычные. [6] Однако большая часть недавней литературы демонстрирует, что сегрегация льда способна предоставить количественные модели для общих явлений, в то время как традиционное упрощенное объемное расширение - нет. [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15]

См. Также [ править ]

  • Гидростатическое давление, которое также может снижаться в сочетании с ледяной блокировкой путей оттока в горных регионах.
  • Подъем льда
  • Давление поровой воды
  • Выветривание
  • Bratschen
  • Солифлюкция

Ссылки [ править ]

  1. ^ Хейлз, TC; Реринг, Джошуа (2007). «Климатические меры по растрескиванию и последствиям для развития ландшафтов коренных пород». Журнал геофизических исследований: Поверхность Земли . 112 (F2): F02033. Bibcode : 2007JGRF..112.2033H . CiteSeerX  10.1.1.716.110 . DOI : 10.1029 / 2006JF000616 .
  2. ^ Табер, Стивен (1930). «Механика морозного пучения» (PDF) . Журнал геологии . 38 (4): 303–317. Bibcode : 1930JG ..... 38..303T . DOI : 10.1086 / 623720 . S2CID 129655820 .  
  3. ^ Goudie, AS; Вилс Х. (2008). «5: Процессы и формы выветривания» . В Берт ТП; Чорли Р.Дж.; Brunsden D .; Кокс, штат Нью-Джерси; Гоуди А.С. (ред.). Четвертичные и новейшие процессы и формы . Формы суши или развитие геморфологии. 4 . Геологическое общество. С. 129–164. ISBN 9781862392496.
  4. ^ Итон, Роберт А .; Жубер, Роберт Х. (декабрь 1989 г.), Райт, Эдмунд А. (ред.), Pothole Primer: A Public Administrator's Guide to Understanding and Managing The Goodhole Problem , Special Report 81-21, Исследовательская и инженерная лаборатория холодных регионов армии США
  5. ^ Центр исследования дорог холодной погоды Миннесоты (2007). «Исследование низкотемпературного растрескивания в асфальтовом покрытии - этап II (исследование MnROAD)» .
  6. ^ a b c d e Matsuoka, N .; Муртон, Дж. (2008). «Морозостойкость: последние достижения и направления на будущее». Вечная мерзлота Периглак. Процесс . 19 (2): 195–210. DOI : 10.1002 / ppp.620 .
  7. ^ T︠S︡ytovich, Николай Александрович (1975). Механика мерзлого грунта . Scripta Book Co., стр. 78–79. ISBN 978-0-07-065410-5.
  8. ^ а б Уолдер, Джозеф С .; Бернар, Халле (февраль 1986). «Физическое выветривание морозного выветривания: к более фундаментальной и единой перспективе». Арктические и альпийские исследования . 8 (1): 27–32. DOI : 10.2307 / 1551211 . JSTOR 1551211 . 
  9. ^ "Перигляциальное выветривание и эрозия верхней стенки в бергшрундах ледникового цирка"; 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
  10. ↑ Белл, Робин Э. (27 апреля 2008 г.). «Роль подледниковой воды в балансе массы ледникового покрова». Природа Геонауки . 1 (5802): 297–304. Bibcode : 2008NatGe ... 1..297B . DOI : 10.1038 / ngeo186 .
  11. ^ Мертон, Джулиан Б .; Петерсон, Рорик; Озуф, Жан-Клод (17 ноября 2006 г.). «Разрушение коренных пород ледяной сегрегацией в холодных регионах». Наука . 314 (5802): 1127–1129. Bibcode : 2006Sci ... 314.1127M . CiteSeerX 10.1.1.1010.8129 . DOI : 10.1126 / science.1132127 . PMID 17110573 . S2CID 37639112 .   
  12. ^ Dash, G .; А.В. Ремпель; Дж. С. Веттлауфер (2006). «Физика предплавленного льда и ее геофизические последствия». Ред. Мод. Phys . 78 (695): 695. Bibcode : 2006RvMP ... 78..695D . CiteSeerX 10.1.1.462.1061 . DOI : 10.1103 / RevModPhys.78.695 . 
  13. ^ Ремпель, AW; Wettlaufer, JS; Уорстер, MG (2001). «Межфазное предварительное плавление и термомолекулярная сила: термодинамическая плавучесть». Письма с физическим обзором . 87 (8): 088501. Bibcode : 2001PhRvL..87h8501R . DOI : 10.1103 / PhysRevLett.87.088501 . PMID 11497990 . 
  14. ^ Ремпель, AW (2008). «Теория взаимодействия льда и захвата отложений под ледниками» . Журнал геофизических исследований . 113 (113 =): F01013. Bibcode : 2008JGRF..11301013R . DOI : 10.1029 / 2007JF000870 .
  15. ^ Петерсон, РА; Кранц, ВБ (2008). «Модель дифференциального морозного пучения для структурированного образования грунта: Подтверждение наблюдениями вдоль североамериканского арктического разреза» . Журнал геофизических исследований . 113 : G03S04. Bibcode : 2008JGRG..11303S04P . DOI : 10.1029 / 2007JG000559 .