Cri-ridicare

Anatomia unui crio-lifting în timpul dezghețului de primăvară. Secțiunea unui nivel de criocristal de 15 cm cu solul îndepărtat pentru a evidenția (de jos în sus):
1- Gheața filiformă s-a format vertical din fața înghețată prin solul poros de la pânza freatică de mai jos
2- Sol compactat amestecat cu gheață, supus ciclului de îngheț-dezgheț
3- Solul s-a dezghețat la suprafață
Fotografie făcută pe 21 martie 2010 în orașul Norwich din Vermont, SUA.

Cryo- liftingul (în engleză frost heaving sau frost heave ) este procesul prin care înghețarea solului saturat cu apă provoacă deformări prin împingerea suprafeței solului în sus. ^[1] Acest proces poate deteriora rădăcinile plantelor prin fisurare sau uscare , provocând spargeri ale trotuarului și deteriorând fundațiile clădirii, chiar sub linia de îngheț . ^[2] Solul umed, cu granulație fină, devine mai susceptibil la umflarea înghețului la anumite temperaturi .

Alunecarea sau mișcarea înghețului (în engleză frost creep ), un efect de îngheț umflat , implică acțiunea de îngheț-dezgheț care permite mișcarea masei în funcție de înclinația pantei. Solul sau sedimentul sunt înghețate și în acest proces se vor deplasa în sus perpendicular pe pantă. Când se produce dezghețul , sedimentele solului se deplasează în jos, creând astfel un flux .

Mecanisme

Expansiunea volumului molar

Formarea cristalinului de gheață cauzată de ridicarea crio în climă rece.

Cryosollevamente este un fenomen deja cunoscut de câteva secole, a cărui cea mai veche documentare cunoscută datează din secolul al XVII-lea. ^[3] Inițial, se credea că criosoliftul a fost cauzat de înghețarea apei care a fost prezentă în sol, de fapt solidificându-se in situ și fără a suferi mișcări de filtrare. Din observațiile efectuate ulterior s-a constatat, totuși, că dacă aceasta ar fi singura explicație pentru expansiunea observată, aceasta din urmă nu ar trebui să depășească 9% din volumul total, valoare care aproximativ coincide cu expansiunea volumetrică a apei când aceasta trece de la stare lichidă la solidă. Mai mult, pentru ca acest fenomen să se producă, gheața ar trebui să fie în condiții de expansiune transversală împiedicată, astfel încât întreaga expansiune a volumului să fie forțată să se producă în direcție verticală. Cu toate acestea, deplasarea verticală a solului în criolift poate fi semnificativ mai mare decât cea datorată expansiunii volumului molar. Contrar majorității substanțelor, care prezintă o contracție pe măsură ce se schimbă de la lichid la solid, apa suferă o creștere a volumului molar în faza solidă. O serie de experimente efectuate de Taber ^{[4] [5] au} evidențiat prezența unui flux de apă lichidă către suprafața mai rece, precum și a arătat că lichidele precum benzenul , care se contractă la îngheț, pot genera și un îngheț umflat . Rezultă că modificările volumului molar nu trebuie considerate ca fiind singurul mecanism care stă la baza deplasării verticale. Aceste experimente au evidențiat, de asemenea, mecanismul din spatele formării lentilelor de gheață din sol care se formează în straturile superioare aproape de suprafață.

Sursă de apă lichidă, transport și existență sub punctul de îngheț

Deoarece, după cum sa menționat, umflarea înghețului poate fi mai mare decât cea datorată expansiunii apei în timpul tranziției de la faza lichidă la cea solidă, este evident că trebuie să existe un flux de apă lichidă către porțiunile de sol din fază. de congelare. În timpul ridicării crio, una sau mai multe lentile de gheață fără sol cresc și creșterea lor deplasează solul deasupra. O posibilă sursă de apă este cea care vine din acvifer, unde temperatura este constant peste punctul de îngheț. Cu toate acestea, la lentilele cu gheață, temperatura scade evident sub punctul de îngheț. Cu toate acestea, acest lucru nu împiedică alimentarea cu apă, deoarece apa lichidă poate exista sub punctul său de topire. O cauză care permite apei lichide să existe sub punctul de topire este efectul Gibbs-Thomson privind confinarea lichidelor în pori. Porii foarte mici au o curbură mai mare și acest lucru are ca rezultat o presiune de vapori mai mare, deoarece suprafața este mai mare în comparație cu volumul, permițând apei să existe în stare lichidă chiar și la temperaturi de câțiva kelvini sub temperatura. fuziune. Fluxul de apă lichidă prin porii minuți ar fi apoi un posibil mecanism de reaprovizionare care determină creșterea lentilelor de gheață în sol. Un alt efect îl constituie conservarea unor straturi atomice de apă lichidă pe suprafața gheții și între particule de gheață și sol. Acest strat de apă este, de asemenea, cunoscut sub numele de apă pre-topită și existența sa este cunoscută încă din secolul al XIX-lea ^{[6] [7]} . Gheața se topește în contact cu vaporii proprii și în contact cu silice ^[8] .

Înghețarea termică

S-a dovedit că aceleași forțe intermoleculare care determină prefuziunea suprafeței sunt cauza umflării. Dacă gheața înconjoară o porțiune minusculă a solului în care gheața se topeste, acea porțiune a solului va fi deplasată în direcția gradientului termic datorită topirii și înghețării filmului subțire de apă care înconjoară particula. Grosimea unui astfel de film depinde de temperatură și este mai subțire pe partea mai rece a particulei. Apa are o energie liberă mai mică atât sub formă de gheață, cât și în stare lichidă supra- răcită. În consecință, există o alimentare continuă de apă către straturile de sol mai reci, printr-un flux de apă din straturile de sol mai calde către cele mai reci. Acest proces se numește înghețare termică ^[6] . În plus, gheața tinde să elimine impuritățile conținute în ea, și o 10- nanometri peliculă de apă dezghețat în jurul fiecărei impurități poate ridica o o- micron- bob de dimensiuni de aproximativ 10 microni / zi. ^[8] . Acest lucru permite lentilelor de gheață să se curățe de toate impuritățile care au intrat în suspensie. În cele din urmă, lentilele de gheață pot ridica atât pământul deasupra lor, cât și pe ele însele, expulzând impuritățile conținute de gheață în jos.

Pe măsură ce apa lichidă îngheață peste lentilele de gheață, solul eliberează apă lichidă suplimentară. Ca urmare, energia liberă a întregului sistem este redusă. Dacă temperatura aerului este sub îngheț, dar relativ stabilă, căldura topirii din apa înghețată poate determina gradientul de temperatură din sol să rămână constant.

Tipuri de sol susceptibile

Cri-ridicarea depinde de solul în care există o alimentare cu apă lichidă pentru a alimenta creșterea lentilelor de gheață, stabilite în funcție de un gradient termic, care sunt capabile să deplaseze solul perpendicular spre acel gradient. Este nevoie de:

• temperaturi de inghet
• o alimentare cu apă
• un sol care este:
  • capabil să conducă apa
  • are o afinitate mare pentru apă
  • saturat (adică spațiile porilor sunt umplute cu apă)

Tipurile de sol noroioase și argiloase sunt susceptibile la criosupresie. ^[9] Afinitatea unui sol pentru apă este în general legată de suprafața particulelor din care este compus. Argilele au o suprafață mare la raportul de volum și au o afinitate mare pentru apă. Particulele mai mari, cum ar fi nisipul, au o suprafață mai mică la raportul de volum și, prin urmare, o afinitate mai mică pentru apă.

În schimb, conductivitatea hidraulică a solului este legată de dimensiunea porilor. Solurile compuse din particule foarte mici, cum ar fi argila, au pori mici și, prin urmare, conductivitate hidraulică scăzută. Solurile compuse din particule mai mari, cum ar fi nisipul, au pori mai mari și conductivitate hidraulică mai mare.

Natura compensatorie a acestor două cerințe înseamnă că solurile argiloase și nisipoase sunt mai puțin susceptibile la criosucție decât nămolul , care are dimensiunea moderată a porilor și afinitatea pentru umiditate.

Glisare a înghețului: deplasarea solului din cauza crio-ridicării

Solul poligonal de sub Dealul Mugi de pe Muntele Kenya este cauzat de ridicarea crio. ^[10]

Alunecarea sau culisarea îngheț (fluaj îngheț) este un efect datorat cryosolifting care implică o acțiune congeiaredecongelare care permite mișcarea descendentă în masă la sol datorită înclinației pantei. Solul sau sedimentul sunt înghețate și în acest proces se deplasează în sus, perpendicular pe pantă. Când se produce dezghețarea , sedimentul se deplasează în jos, provocând mișcarea masei.

Structuri create prin cri-ridicare

Același subiect în detaliu: sol poligonal .

Inelele de piatră din Spitsbergen .

În regiunile arctice, crioconservarea de-a lungul a sute de ani poate forma structuri, cunoscute sub numele de pingo , mai mare de 60 de metri înălțime, sau palsa . În general, aceste fenomene pot fi observate în soluri bogate în material organic ^[11] sau substanțe minerale. ^[12] Cri-ridicarea este, de asemenea, responsabilă pentru formarea pietrelor unice, cum ar fi cercuri, poligoane și dungi. Un exemplu remarcabil îl constituie extraordinarele pietre circulare de pe insulele Spitsbergen .

Formele poligonale cauzate de criosupliment au fost observate și în regiunile din apropierea polului lui Marte prin intermediul camerei HiRISE de înaltă rezoluție de la bordul Mars Reconnaissance Orbiter . În mai 2008, sonda Mars Phoenix a atins solul unui astfel de peisaj cauzat de ridicarea criogenică poligonală și a detectat rapid prezența gheții la câțiva centimetri sub suprafață.

Notă

Elemente conexe

• Legile înghețului
• Palsa
• Pingo
• Reptarea criionivală

linkuri externe

• ( EN ) American Beton Pavement Association Frost Action and Frost Heave
• ( EN ) Articol Canadian Building Digest , la irc.nrc-cnrc.gc.ca . Adus la 11 iunie 2009 (arhivat din original la 12 februarie 2009) .
• ( EN ) Consiliul Național de Cercetare al Canadei Inovația simplă a gurilor de vizitare reduce tăierea înghețului în trotuar
• ( EN ) Fotografii ale Institutului American de Fizică cu ridicări de îngheț , pe aip.org . Adus la 11 iunie 2009 (arhivat din original la 12 decembrie 2010) .
• ( EN ) Cercuri de piatră explicate , despre structurile de piatră create de ridicarea înghețului

Portalul Pedologie : accesați intrările Wikipedia care se ocupă de pedologie