Сегрегация льда

редактировать
Геологическое явление Пинго, образовавшееся в арктической тундре в результате периодического образования ледяных линз.

сегрегация - геологическое явление, вызванное образованием линз льда, которые вызывают эрозию, когда влага, рассеивается внутри почвы или порода, накапливается в ограниченной зоне. Первоначально лед накапливается в небольших расположенных рядом порах или 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 ледяными линзами, которые растут за счет вытягивания воды из окружающей среды в периоды устойчивых отрицательных температур) является более эффективным процессом выветривания, чем замерзание-таяние. процесс, предложенный в более ранних текстах.

Ледяные линзы играют ключевую роль в разрушении коренных пород и вызванном морозом пучинистости почв, которые имеют фундаментальное значение для выветривания в холодных регионах. Морозное пучение создает обломки и драматически формирует пейзажи сложными узорами. 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 линзах льда в приповерхностных мерзлых областях. Сегрегация льда приводит к растрескиванию горных пород и морозному пучению.

Содержание

  • 1 Описание явления
    • 1.1 Обычное морозное пучение
    • 1.2 Ледяные линзы в тундре
    • 1.3 Подледные ледяные образования
  • 2 Понимание явления
  • 3 Рост ледяных линз в горных породах
  • 4 Ссылки

Описание явления

Обычное морозное пучение

Образование ледяных линз, приводящее к морозному пучению в холодном климате.

Морозное пучение - это процесс, при котором замерзание воды, насыщенной почвы вызывает деформацию и толчок вверх поверхности земли. 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

Ледяные линзы в тундре.

Морозное пучение является обычным явлением в арктической тундре, потому что вечная мерзлота поддерживает промерзание почвы на глубине и предотвращает стекание снега и дождя. В результате создаются оптимальные условия для формирования глубокой ледяной линзы с большими скоплениями льда и значительным смещением грунта.

При наличии правильных условий возникнет дифференцированное морозное пучение, приводящее к сложной структуре. Обратная связь от морозного пучка за один год влияет на последствия в последующие годы. Например, небольшое увеличение вскрыши повлияет на глубину ледообразования и пучинистости в последующие годы. Зависящие от времени модели морозного пучения показывают, что в течение достаточно длительного периода возмущения на коротком расстоянии затухают, в то время как возмущения среднего диапазона нарастают и начинают доминировать в ландшафте.

Подледные ледяные образования

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

Под ледниковыми щитами Антарктики наблюдались полосы отложений или ледниковый тилл ; 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 подледные воды поступают из поверхностных вод, которые сезонно стекают из-за таяния на поверхности, а также из-за таяния основания ледникового покрова.

Рост ледяных линз в коренных породах под ледником прогнозируется в летние месяцы, когда есть достаточное количество воды у подножия ледника. Ледяные линзы образуются в скальной породе, накапливаясь до тех пор, пока порода не станет достаточно ослабленной, чтобы она срезала или откололась. Слои горных пород вдоль границы между ледниками и коренными породами высвобождаются, производя большую часть отложений в этих базальных областях ледников. Поскольку скорость движения ледника зависит от характеристик этого базального льда, продолжаются исследования для более точной количественной оценки этого явления.

Понимание феномена

Ледяные линзы ответственны за бледность ( рисунок) рост

Основным условием сегрегации льда и морозного пучения является наличие области в почве или пористой породе, которая является относительно проницаемой, находится в диапазоне температур, который позволяет сосуществовать льду и воде (в предварительно расплавленном состоянии), и имеет температурный градиент по региону.

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 жидкости пленка 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 более крупные частицы льда, а не более мелкие (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.

На этих принципах можно разработать аналитические модели; они предсказывают следующие характеристики, которые согласуются с полевыми наблюдениями:

  • Лед формируется слоями, параллельными вышележащей поверхности.
  • Изначально лед формируется с небольшими микротрещинами, параллельными поверхности. По мере того, как лед накапливается, слой льда вырастает наружу, образуя линзу льда, параллельную поверхности.
  • Лед образуется в водопроницаемых породах почти так же, как в почве.
  • 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 замерзания с обеих сторон (например, сверху и снизу), трещина имеет тенденцию залегать глубже (например, 2–3,5 см в мелу).
  • 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 ледяной линзы, уменьшая градиент температуры и контролируя скорость дальнейшей сегрегации льда. В этих условиях лед вырастает в один слой, который становится все толще. Поверхность смещается, и почва перемещается, или порода трескается.
  • Лед формируется по другому типу, когда жидкость менее доступна. Когда жидкость недоступна, сегрегированный лед (ледяная линза) растет медленно. Тепло , выделяемое при замораживании, не может нагреть границу ледяной линзы. 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 (ледяных линз), все параллельные поверхности. Формирование множества слоев (множественных линз), вызывающих более обширное морозное повреждение горных пород или почв.
  • 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.

Рост ледяных линз в породе

Камни обычно содержат поры различного размера и формы, независимо от их происхождения или местоположение. Пустоты в горных породах представляют собой 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 будет трескаться в плоскости, перпендикулярной направлению скопления льда, которая фактически параллельна поверхности.

Уолдер и Халлет разработали модели, которые предсказывают места и скорости роста трещин в горных породах, согласующиеся с трещинами, фактически наблюдаемыми в поле. 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, а трещины растут медленнее.

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 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 в породе имеет тенденцию залегать глубже (например, на 2–3,5 см в мелу).

Ссылки

Последняя правка сделана 2021-05-23 10:08:24
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте