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meteorización por heladas

Una roca en Abisko , Suecia, fracturada (a lo largo de las fisuras existentes ) posiblemente por la erosión mecánica causada por las heladas o por el estrés térmico ( se muestra...

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Una roca en Abisko , Suecia, fracturada (a lo largo de las fisuras existentes ) posiblemente por la erosión mecánica causada por las heladas o por el estrés térmico ( se muestra un chullo como referencia de escala).
Pared rocosa y salida aguas abajo del arroyo (sin nombre) de la cueva del Trou du Diable , Saint-Casimir , Quebec.

La meteorización por helada es un término colectivo que engloba varios procesos de meteorización mecánica inducidos por las tensiones creadas por la congelación del agua en hielo . El término sirve como término general para una variedad de procesos, como la fragmentación por helada, la cuña de helada y la criofractura. El proceso puede actuar en una amplia gama de escalas espaciales y temporales, desde minutos hasta años, y desde el desprendimiento de granos minerales hasta la fractura de rocas . Es más pronunciado en áreas de gran altitud y latitud , y se asocia especialmente con climas alpinos , periglaciares , marítimos subpolares y polares , pero puede ocurrir en cualquier lugar a temperaturas bajo cero (entre -3 y -8 °C (27 y 18 °F) ) si hay agua presente. [ 1 ]  

segregación de hielo

Ciertos suelos susceptibles a las heladas se expanden o se levantan al congelarse como resultado de la migración del agua por acción capilar para hacer crecer lentes de hielo cerca del frente de congelación. [ 2 ] Este mismo fenómeno ocurre dentro de los espacios porosos de las rocas. Las acumulaciones de hielo crecen más al atraer agua líquida de los poros circundantes. El crecimiento de los cristales de hielo debilita las rocas que, con el tiempo, se rompen. [ 3 ] Es causado por la expansión del hielo cuando el agua se congela, lo que ejerce una presión considerable sobre las paredes de contención. Este es en realidad un proceso muy común en todas las áreas húmedas y templadas donde hay roca expuesta, especialmente rocas porosas como la arenisca . A menudo se puede encontrar arena justo debajo de las caras de la arenisca expuesta donde los granos individuales se han desprendido, uno por uno. Este proceso a menudo se denomina desconchamiento por helada . De hecho, este suele ser el proceso de meteorización más importante para la roca expuesta en muchas áreas.

Procesos similares pueden actuar sobre los pavimentos asfálticos, contribuyendo a diversas formas de agrietamiento y otros deterioros que, combinados con el tráfico y la intrusión de agua, aceleran la formación de surcos , baches [ 4 ] y otras formas de rugosidad del pavimento. [ 5 ]

Expansión volumétrica

La explicación tradicional de la meteorización por hielo era la expansión volumétrica del agua congelada. Cuando el agua se congela en hielo , su volumen aumenta un nueve por ciento. En circunstancias específicas, esta expansión puede desplazar o fracturar la roca. A una temperatura de -22  °C, se sabe que el crecimiento del hielo puede generar presiones de hasta 207 MPa , más que suficientes para fracturar cualquier roca. [ 6 ] [ 7 ] Para que la meteorización por hielo ocurra por expansión volumétrica, la roca debe tener casi nada de aire que pueda comprimirse para compensar la expansión del hielo, lo que significa que tiene que estar saturada de agua y congelarse rápidamente por todos lados para que el agua no migre y la presión se ejerza sobre la roca. [ 6 ] Estas condiciones se consideran inusuales, [ 6 ] restringiéndolas a un proceso de importancia dentro de unos pocos centímetros de la superficie de una roca y en juntas existentes más grandes llenas de agua en un proceso llamado acuñamiento de hielo .

No toda la expansión volumétrica se debe a la presión del agua congelada; también puede ser causada por tensiones en el agua que permanece sin congelar. Cuando el crecimiento del hielo induce tensiones en el agua de los poros que fracturan la roca, el resultado se denomina hidrofractura. La hidrofractura se ve favorecida por poros grandes interconectados o grandes gradientes hidráulicos en la roca. Si existen poros pequeños, una congelación muy rápida del agua en ciertas partes de la roca puede expulsarla, y si el agua se expulsa más rápido de lo que puede migrar, la presión puede aumentar, fracturando la roca.

Desde que la investigación sobre la meteorización física comenzó alrededor de 1900, la expansión volumétrica se consideró, hasta la década de 1980, el proceso predominante detrás de la meteorización por heladas. [ 8 ] Esta visión fue cuestionada en las publicaciones de 1985 y 1986 por Walder y Hallet. [ 6 ] [ 8 ] Hoy en día, investigadores como Matsuoka y Murton consideran que las "condiciones necesarias para la meteorización por heladas mediante expansión volumétrica" ​​son inusuales. [ 6 ] Sin embargo, la mayor parte de la literatura reciente demuestra que la segregación del hielo es capaz de proporcionar modelos cuantitativos para fenómenos comunes, mientras que la expansión volumétrica tradicional y simplista no lo hace. [ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]

Véase también

  • La presión hidrostática también puede erosionar las vías de drenaje en combinación con el bloqueo de las rutas de evacuación por el hielo en las regiones montañosas.
  • Levantamiento por hielo : daños estructurales causados ​​por el agua congelada. 
  • Presión del agua intersticial : presión del agua subterránea contenida dentro de un suelo o roca, en los espacios entre partículas. 
  • Desgaste
  • Bratschen – Productos de la meteorización de ciertas rocas en los Alpes 
  • Solifluxión : procesos de erosión de laderas por congelación y descongelación 

Referencias

  1. ↑ Hales, TC; Roering, Joshua (2007). "Controles climáticos sobre el agrietamiento por heladas e implicaciones para la evolución de los paisajes rocosos". Journal of Geophysical Research: Earth Surface . 112 (F2): F02033. Bibcode : 2007JGRF..112.2033H . CiteSeerX 10.1.1.716.110 . doi : 10.1029/2006JF000616 . 
  2. ↑ Taber, Stephen (1930). "La mecánica del levantamiento por helada" (PDF) . Journal of Geology . 38 (4): 303– 317. Bibcode : 1930JG.....38..303T . doi : 10.1086/623720 . S2CID 129655820. Archivado del original el 8 de abril de 2013. Recuperado el 20 de abril de 2010 . 
  3. ↑ Goudie, AS; Viles H. (2008). "5: Procesos y formas de meteorización" . En Burt TP; Chorley RJ; Brunsden D.; Cox NJ; Goudie AS (eds.). Procesos y formas cuaternarias y recientes . Relieve o el desarrollo de la geomorfología. Vol. 4. Sociedad Geológica. pp. 129–164 . ISBN   978-1-86239-249-6.
  4. ↑ Eaton, Robert A.; Joubert, Robert H. (diciembre de 1989), Wright, Edmund A. (ed.), Pothole Primer: A Public Administrator's Guide to Understanding and Managing the Pothole Problem , Informe especial 81-21, Laboratorio de Investigación e Ingeniería de Regiones Frías del Ejército de los EE. UU .
  5. ↑ Centro de Investigación de Carreteras para Clima Frío de Minnesota (2007). "Investigación del agrietamiento a bajas temperaturas en pavimentos asfálticos — Fase II (Estudio MnROAD)" . Archivado del original el 7 de febrero de 2009.
  6. 1 2 3 4 5 Matsuoka, N.; Murton, J. (2008). "Meteorización por heladas: avances recientes y direcciones futuras" . Permafrost Periglac. Process . 19 (2): 195– 210. Bibcode : 2008PPPr...19..195M . doi : 10.1002/ppp.620 . Archivado del original el 25 de diciembre de 2019.
  7. ↑ T︠S︡ytovich, Nikolaĭ Aleksandrovich (1975). La mecánica del suelo helado . Scripta Book Co. págs. 78–79 . ISBN  978-0-07-065410-5.
  8. 1 2 Walder, Joseph S.; Bernard, Hallet (febrero de 1986). "La meteorización física de la meteorización por heladas: hacia una perspectiva más fundamental y unificada". Arctic and Alpine Research . 8 (1): 27– 32. doi : 10.2307/1551211 . JSTOR 1551211 . 
  9. ↑ "Meteorización periglacial y erosión de la pared frontal en bergschrunds de glaciares de circo"; Johnny W. Sanders, Kurt M. Cuffey1, Jeffrey R. Moore, Kelly R. MacGregor y Jeffrey L. Kavanaugh; Geology; 18 de julio de 2012, doi: 10.1130/G33330.1
  10. ↑ Bell, Robin E. (27 de abril de 2008). "El papel del agua subglacial en el balance de masa de la capa de hielo". Nature Geoscience . 1 (5802): 297– 304. Bibcode : 2008NatGe...1..297B . doi : 10.1038/ngeo186 .
  11. ↑ Murton, Julian B.; Peterson, Rorik; Ozouf, Jean-Claude (17 de noviembre de 2006). "Fractura del lecho rocoso por segregación de hielo en regiones frías". Science . 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.; AW Rempel; JS Wettlaufer (2006). "La física del hielo prefundido y sus consecuencias geofísicas". Rev. Mod. Phys . 78 (695): 695. Bibcode : 2006RvMP...78..695D . CiteSeerX 10.1.1.462.1061 . doi : 10.1103/RevModPhys.78.695 . 
  13. ↑ Rempel, AW; Wettlaufer, JS; Worster, MG (2001). "Prefusión interfacial y la fuerza termomolecular: flotabilidad termodinámica". Physical Review Letters . 87 (8) 088501. Bibcode : 2001PhRvL..87h8501R . doi : 10.1103/PhysRevLett.87.088501 . PMID 11497990 . 
  14. ↑ Rempel, AW (2008). "Una teoría para las interacciones hielo-tilt y el arrastre de sedimentos bajo los glaciares" (PDF) . Journal of Geophysical Research . 113 (113=) 2007JF000870: F01013. Bibcode : 2008JGRF..113.1013R . doi : 10.1029/2007JF000870 . Archivado (PDF) del original el 13 de abril de 2021.
  15. ↑ Peterson, RA; Krantz, WB (2008). "Modelo diferencial de levantamiento por helada para la formación de suelos con patrones: Corroboración con observaciones a lo largo de un transecto ártico norteamericano" (PDF) . Journal of Geophysical Research . 113 (G3): G03S04. Bibcode : 2008JGRG..113.3S04P . doi : 10.1029/2007JG000559 . Archivado del original (PDF) el 9 de julio de 2020.