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]
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]
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]