Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Пинго образовался в арктической тундре в результате периодического образования ледяной линзы.

Лед сегрегация является геологическим явлением производится путем образования ледяных линз , которые индуцируют эрозии , когда влага , диффундируют в пределах почвы или пород, накапливается в локальной зоне. Первоначально лед накапливается в небольших расположенных рядом порах или в ранее существовавших трещинах и, пока условия остаются благоприятными, продолжает накапливаться в слое льда или линзе льда, раскалывая почву или скалу. Ледяные линзы растут параллельно поверхности на глубину от нескольких сантиметров до нескольких дециметров (дюймов до футов) в почве или скале. Исследования, проведенные с 1990 года по настоящее время, показали, что разрушение породы из-за сегрегации льда (т. Е. Разрушение неповрежденной породы линзами льда, которые растут за счет вытягивания воды из окружающей среды в периоды устойчивых отрицательных температур) является более эффективным процессом выветривания, чем замерзание-таяние. процесс, который предлагался в более старых текстах. [1]

Ледяные линзы играют ключевую роль в разрушении коренных пород и вызванном морозом пучинистом грунте, которые имеют фундаментальное значение для выветривания в холодных регионах. Морозное пучение создает обломки и драматично превращает пейзажи в сложные узоры . Разрушение горных пород в перигляциальных регионах (альпийских, субполярных и полярных) часто связывают с замерзанием и объемным расширением воды, находящейся в порах и трещинах. Однако большая часть морозного пучения и разрушения коренных пород возникает в результате сегрегации льда в ледяных линзах в приповерхностных мерзлых областях. Сегрегация льда приводит к разрушению горных пород и морозному пучение. [2]

Описание явлений [ править ]

Обычное морозное пучение [ править ]

Образование ледяной линзы, приводящее к морозному пучке в холодном климате.

Морозное пучение - это процесс, при котором промерзание водонасыщенной почвы вызывает деформацию и подъем поверхности земли вверх. [3] Этот процесс может деформировать и растрескивать тротуар , повреждать фундамент зданий и равномерно перемещать грунт. Влажная мелкозернистая почва при определенных температурах наиболее подвержена морозному пучению.

Ледяные линзы в тундре [ править ]

Формирование ледяной линзы в тундре.

Морозное пучение является обычным явлением в арктической тундре, потому что вечная мерзлота сохраняет грунт промерзшим на глубине и предотвращает стекание снега и дождя. В результате создаются оптимальные условия для образования глубокой ледяной линзы с большими скоплениями льда и значительным смещением грунта. [4]

При соблюдении соответствующих условий может возникнуть дифференциальное морозное пучение, приводящее к сложным узорам. Обратная связь от морозного пучка за один год влияет на последствия в последующие годы. Например, небольшое увеличение вскрыши повлияет на глубину ледообразования и пучения в последующие годы. Зависящие от времени модели морозного пучения показывают, что в течение достаточно длительного периода возмущения на коротких расстояниях затухают, в то время как возмущения среднего диапазона нарастают и начинают доминировать в ландшафте. [4]

Подледниковые ледяные образования [ править ]

Ледяная линза растет в ледниковом слое и в коренных породах под ледниковым льдом.

Под антарктическими ледяными щитами наблюдались полосы осадочных пород или ледникового покрова; Считается, что они возникают в результате образования ледяных линз в обломках. В ледниковых регионах с более быстрым течением ледяной щит скользит по водонасыщенным отложениям (ледниковый тилль) или фактически плавает по слою воды. Тилла и вода служат для уменьшения трения между основанием ледяного покрова и скальной породой. Эти подледниковые воды поступают из поверхностных вод, которые сезонно стекают из-за таяния на поверхности, а также из-за таяния основания ледникового покрова. [5]

Рост ледяных линз в скальной породе под ледником прогнозируется в летние месяцы, когда у подножия ледника достаточно воды. Ледяные линзы образуются в скальной породе, накапливаясь до тех пор, пока порода не станет достаточно ослабленной, чтобы она срезалась или откололась. Слои горных пород вдоль границы между ледниками и коренными породами высвобождаются, образуя большую часть отложений в этих базальных областях ледников. Поскольку скорость движения ледников зависит от характеристик этого базального льда, исследования продолжаются, чтобы лучше количественно оценить это явление. [6]

Понимание явления [ править ]

Ледяные линзы отвечают за рост пальсы (фото)

Основным условием сегрегации льда и морозного пучения является наличие области в почве или пористой породе, которая является относительно проницаемой, находится в температурном диапазоне, допускающем сосуществование льда и воды (в предварительно расплавленном состоянии), и имеет температурный градиент по горизонтали. область. [7]

Ключевым явлением для понимания сегрегации льда в почве или пористой породе (также называемой ледяной линзой из-за ее формы) является предварительное плавление, которое представляет собой образование жидкой пленки на поверхностях и границах раздела при температурах, значительно ниже их температуры плавления в объеме. Термин предварительное плавление используется для описания снижения температуры плавления (ниже 0 ° C), которое является результатом кривизны поверхности пористой среды, удерживающей воду ( эффект Гиббса-Томсона).). Предварительно талая вода существует в виде тонкого слоя на поверхности льда. В условиях предварительного плавления лед и вода могут сосуществовать при температурах ниже -10 ° C в пористой среде. Эффект Гиббса-Томсона приводит к тому, что вода мигрирует вниз по температурному градиенту (от более высоких температур к более низким температурам); Дэш утверждает: «… материал переносится в более холодные регионы…» Это также можно рассматривать с энергетической точки зрения как предпочтение более крупных частиц льда по сравнению с более мелкими ( созревание Оствальда ). В результате, когда существуют условия для сегрегации льда (образования ледяных линз), вода течет к сегрегированному льду и замерзает на поверхности, утолщая сегрегированный слой льда. [7]

Используя эти принципы, можно разрабатывать аналитические модели; они предсказывают следующие характеристики, которые согласуются с полевыми наблюдениями:

  • Лед образуется слоями, параллельными вышележащей поверхности. [2]
  • Первоначально лед образует небольшие микротрещины, параллельные поверхности. По мере того, как лед накапливается, слой льда вырастает наружу, образуя линзу льда, параллельную поверхности. [2]
  • Лед образуется в водопроницаемой породе почти так же, как в почве. [2]
  • Если слой льда возник в результате охлаждения в одном направлении (например, сверху), трещина имеет тенденцию лежать близко к поверхности (например, 1-2 см в мелу). Если слой льда образовался в результате промерзания с обеих сторон (например, сверху и снизу), трещина имеет тенденцию залегать глубже (например, на 2–3,5 см в мелу). [2]
  • Лед образуется быстро, когда жидкость легко доступна. Когда жидкость легко доступна, сегрегированный лед (ледяная линза) растет параллельно открытой холодной поверхности. Он быстро растет до тех пор, пока тепло, выделяемое при замерзании, не нагревает границу линзы льда, уменьшая градиент температуры и контролируя скорость дальнейшей сегрегации льда. В этих условиях лед вырастает в один слой, который постепенно становится толще. Поверхность смещается, а почва перемещается, или порода раскалывается. [8]
  • Когда жидкость становится менее доступной, лед образуется по другому образцу. Когда жидкость недоступна, сегрегированный лед (ледяная линза) растет медленно. Тепло , выделяющееся при замерзании не может нагреться границей льда объектива. Следовательно, область, через которую диффундирует вода, продолжает охлаждаться до тех пор, пока под первым слоем не образуется другой слой сегрегации льда. При устойчивой холодной погоде этот процесс может повторяться, образуя несколько слоев льда (ледяные линзы), все параллельные поверхности. Формирование множества слоев (множественных линз), вызывающих более обширные повреждения от мороза внутри горных пород или почв. [8]
  • При некоторых условиях лед не образуется. При более высоких давлениях покрывающих пород и при относительно высоких температурах поверхности сегрегация льда невозможна; присутствующая жидкость замерзает в поровом пространстве без сегрегации объемного льда и измеримых деформаций поверхности или повреждений от замерзания. [8]

Рост ледяной линзы в скале [ править ]

Смотрите также: Морозное выветривание

Камни обычно содержат поры различного размера и формы, независимо от их происхождения или местоположения. Пустоты в горных породах - это, по сути, небольшие трещины, которые служат местом, из которого трещина может распространяться, если горная порода подвергается растяжению. Если лед накапливается в поре асимметрично, лед заставит породу растягиваться в плоскости, перпендикулярной направлению накопления льда. Следовательно, горная порода расколется в плоскости, перпендикулярной направлению скопления льда, которая фактически параллельна поверхности. [9]

Уолдер и Халлет разработали модели, которые предсказывают места и скорость роста трещин в горных породах, согласующиеся с трещинами, фактически наблюдаемыми на месторождении. Их модель предсказывала, что мрамор и гранит наиболее эффективно растут трещины в диапазоне температур от -4 ° C до -15 ° C; в этом диапазоне гранит может образовывать трещины, вмещающие лед длиной 3 метра в год. Когда температура выше, образующийся лед не оказывает достаточного давления, чтобы вызвать распространение трещины. Когда температура ниже этого диапазона, вода становится менее подвижной, и трещины растут медленнее. [9]

Мутрон подтвердил, что лед изначально образуется в порах и создает небольшие микротрещины, параллельные поверхности. По мере того, как лед накапливается, слой льда вырастает наружу, образуя линзу льда, параллельную поверхности. Лед образуется в водопроницаемой породе почти так же, как в почве. Если слой льда возник в результате охлаждения в одном направлении (например, сверху), трещина в породе имеет тенденцию располагаться близко к поверхности (например, 1-2 см в мелу). Если слой льда образовался в результате промерзания с обеих сторон (например, сверху и снизу), трещина в породе имеет тенденцию залегать глубже (например, на 2–3,5 см в мелу). [2]

Ссылки [ править ]

  1. ^ "Перигляциальное выветривание и эрозия верхней стенки в бергшрундах ледникового цирка"; Джонни В. Сандерс, Курт М. Каффи, Джеффри Р. Мур, Келли Р. МакГрегор и Джеффри Л. Кавано; Геология ; 18 июля 2012, DOI : 10,1130 / G33330.1
  2. ^ a b c d e f Муртон, 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 . DOI : 10.1126 / science.1132127 . PMID  17110573 .
  3. ^ 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 . 
  4. ^ a b Петерсон, РА; Кранц, ВБ (2008). «Модель дифференциального морозного пучения для структурированного образования грунта: Подтверждение наблюдениями вдоль североамериканского арктического разреза» . Журнал геофизических исследований . Американский геофизический союз . 113 : G03S04. Bibcode : 2008JGRG..11303S04P . DOI : 10.1029 / 2007JG000559 .
  5. ↑ 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 .
  6. ^ Ремпель, AW (2008). «Теория взаимодействия льда и захвата отложений под ледниками» . Журнал геофизических исследований . Американский геофизический союз . 113 (113): F01013. Bibcode : 2008JGRF..11301013R . DOI : 10.1029 / 2007JF000870 .
  7. ^ a b Dash, G .; А.В. Ремпель; Дж. С. Веттлауфер (2006). «Физика предплавленного льда и ее геофизические последствия». Ред. Мод. Phys . Американское физическое общество . 78 (695): 695. Bibcode : 2006RvMP ... 78..695D . CiteSeerX 10.1.1.462.1061 . DOI : 10.1103 / RevModPhys.78.695 . 
  8. ^ a b c Ремпель, AW (2007). «Образование ледяных линз и морозного пучения» . Журнал геофизических исследований . Американский геофизический союз . 112 (F02S21): F02S21. Bibcode : 2007JGRF..11202S21R . DOI : 10.1029 / 2006JF000525 . Проверено 30 ноября 2009 года .
  9. ^ a b Уолдер, Джозеф; Холле, Бернар (март 1985). «Теоретическая модель разрушения горной породы при промерзании» . Бюллетень Геологического общества Америки . Геологическое общество Америки . 96 (3): 336–346. Bibcode : 1985GSAB ... 96..336W . DOI : 10.1130 / 0016-7606 (1985) 96 <336: ATMOTF> 2.0.CO; 2 . Проверено 30 ноября 2009 года .