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Meteorización por heladas

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

La erosión por heladas es un término colectivo para varios procesos de erosión mecánica inducidos por tensiones creadas por la congelación del agua en hielo . El término sirve como término general para una variedad de procesos, como la rotura de escarcha, el acuñamiento de escarcha 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 alta latitud y está especialmente asociado con climas alpinos , periglaciales , 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 del 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 formar 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 a medida que atraen 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, ejerciendo una tensión considerable en las paredes de contención. En realidad, este es un proceso muy común en todas las zonas 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 arenisca expuesta, donde se han desprendido granos individuales, uno por uno. Este proceso a menudo se denomina desconchado por heladas. De hecho, este suele ser el proceso de erosión 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, cuando se combinan con el tráfico y la intrusión de agua, aceleran la formación de surcos, la formación de baches [ 4] y otras formas de rugosidad del pavimento. [5]

Expansión volumétrica

La explicación tradicional de la erosión por heladas era la expansión volumétrica del agua helada. Cuando el agua se congela hasta convertirse en hielo , su volumen aumenta en un nueve por ciento. En circunstancias específicas, esta expansión es capaz de desplazar o fracturar la roca. A una temperatura de -22 °C, se sabe que el crecimiento del hielo es capaz de generar presiones de hasta 207 MPa , más que suficiente para fracturar cualquier roca. [6] [7] Para que la erosión por helada se produzca por expansión volumétrica, la roca casi no debe tener aire que pueda comprimirse para compensar la expansión del hielo, lo que significa que debe estar saturada de agua y congelada rápidamente por todos lados para que 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 llenas de agua existentes más grandes en un proceso llamado acuñamiento de hielo .

No toda la expansión volumétrica es causada por la presión del agua helada; puede ser causado por tensiones en el agua que permanece descongelada. Cuando el crecimiento del hielo induce tensiones en el agua de los poros que rompe la roca, el resultado se llama hidrofractura. La hidrofracturación se ve favorecida por grandes poros interconectados o grandes gradientes hidráulicos en la roca. Si hay poros pequeños, una congelación muy rápida del agua en partes de la roca puede expulsar el agua, y si el agua se expulsa más rápido de lo que puede migrar, la presión puede aumentar y fracturar la roca.

Desde que comenzó la investigación sobre la meteorización física alrededor de 1900, hasta la década de 1980 se consideró que la expansión volumétrica era el proceso predominante detrás de la meteorización por heladas. [8] Esta opinión fue cuestionada en 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 erosión 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]

Ver también

Referencias

  1. ^ Hales, TC; Roering, Josué (2007). "Controles climáticos sobre el agrietamiento por heladas e implicaciones para la evolución de los paisajes de lecho rocoso". Revista de investigación geofísica : superficie terrestre . 112 (F2): F02033. Código Bib : 2007JGRF..112.2033H. CiteSeerX  10.1.1.716.110 . doi :10.1029/2006JF000616.
  2. ^ Taber, Stephen (1930). "La mecánica de las heladas" (PDF) . Revista de Geología . 38 (4): 303–317. Código Bib : 1930JG.....38..303T. doi :10.1086/623720. S2CID  129655820. Archivado desde el original el 8 de abril de 2013 . Consultado el 20 de abril de 2010 .
  3. ^ Goudié, AS; Viles H. (2008). "5: Formas y procesos de intemperismo". En Burt TP; Chorley RJ; Brunsden D.; Cox Nueva Jersey; Goudié AS (eds.). Procesos y Formas Cuaternarios y Recientes . Accidentes geográficos o el desarrollo de la gemorfología. vol. 4. Sociedad Geológica. págs. 129-164. ISBN 9781862392496.
  4. ^ Eaton, Robert A.; Joubert, Robert H. (diciembre de 1989), Wright, Edmund A. (ed.), Introducción a los baches: una guía del administrador público para comprender y gestionar el problema de los baches , Informe especial 81-21, Laboratorio de ingeniería e investigación de las regiones frías del ejército de EE. UU.
  5. ^ Centro de investigación de carreteras en climas fríos de Minnesota (2007). "Investigación del agrietamiento a baja temperatura en pavimentos asfálticos - Fase II (estudio MnROAD)". Archivado desde el original el 7 de febrero de 2009.
  6. ^ abcde Matsuoka, N.; Murton, J. (2008). "Meteorización de las heladas: avances recientes y direcciones futuras". Periglac permafrost. Proceso . 19 (2): 195–210. doi :10.1002/ppp.620. Archivado desde el 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. ^ ab Walder, Joseph S.; Bernard, Hallet (febrero de 1986). "La erosión física de la erosión por heladas: hacia una perspectiva más fundamental y unificada". Investigación ártica y alpina . 8 (1): 27–32. doi :10.2307/1551211. JSTOR  1551211.
  9. ^ "Meteorización periglacial y erosión de la cabecera en bergschrunds de circo glaciar"; Johnny W. Sanders, Kurt M. Cuffey1, Jeffrey R. Moore, Kelly R. MacGregor y Jeffrey L. Kavanaugh; Geología; 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 equilibrio de masa de la capa de hielo". Geociencia de la naturaleza . 1 (5802): 297–304. Código Bib : 2008NatGe...1..297B. doi :10.1038/ngeo186.
  11. ^ Murton, Julián B.; Peterson, Rorik; Ozouf, Jean-Claude (17 de noviembre de 2006). "Fractura del lecho rocoso por segregación de hielo en regiones frías". Ciencia . 314 (5802): 1127–1129. Código bibliográfico : 2006 Ciencia... 314.1127M. CiteSeerX 10.1.1.1010.8129 . doi : 10.1126/ciencia.1132127. PMID  17110573. S2CID  37639112. 
  12. ^ Guión, G.; AW Repel; JS Wettlaufer (2006). "La física del hielo prefundido y sus consecuencias geofísicas". Mod. Rev. Física . 78 (695): 695. Código bibliográfico : 2006RvMP...78..695D. CiteSeerX 10.1.1.462.1061 . doi : 10.1103/RevModPhys.78.695. 
  13. ^ Rempel, AW; Wettlaufer, JS; Peor, MG (2001). "Prefusión interfacial y fuerza termomolecular: flotabilidad termodinámica". Cartas de revisión física . 87 (8): 088501. Código bibliográfico : 2001PhRvL..87h8501R. doi : 10.1103/PhysRevLett.87.088501. PMID  11497990.
  14. ^ Rempel, AW (2008). "Una teoría sobre las interacciones entre el hielo y el arrastre de sedimentos debajo de los glaciares" (PDF) . Revista de investigaciones geofísicas . 113 (113=): F01013. Código Bib : 2008JGRF..113.1013R. doi : 10.1029/2007JF000870 . Archivado (PDF) desde el original el 13 de abril de 2021.
  15. ^ Peterson, RA; Krantz, WB (2008). "Modelo de heladas diferenciales para la formación de suelos modelados: corroboración con observaciones a lo largo de un transecto ártico de América del Norte" (PDF) . Revista de investigaciones geofísicas . 113 : G03S04. Código Bib : 2008JGRG..11303S04P. doi : 10.1029/2007JG000559 . Archivado desde el original (PDF) el 9 de julio de 2020.