La meteorización por heladas es un término colectivo para varios procesos de meteorización mecánica inducidos por las tensiones creadas por la congelación del agua en el hielo . El término sirve como un término general para una variedad de procesos, como la fragmentación por heladas, el acuñamiento por heladas y la criofracturación. 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. [1]
Ciertos suelos susceptibles a las heladas se expanden o se elevan al congelarse como resultado de la migración de 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 se hacen más grandes 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, lo que ejerce una tensión considerable sobre las paredes de contención. En realidad, este es un proceso muy común en todas las áreas templadas y húmedas 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 se han desprendido granos individuales, uno por uno. Este proceso a menudo se denomina desconchado por congelación. De hecho, este es a menudo el proceso de meteorización más importante para la roca expuesta en muchas áreas.
Procesos similares pueden actuar sobre los pavimentos de asfalto, contribuyendo a diversas formas de agrietamiento y otros problemas que, cuando se combinan con el tráfico y la intrusión de agua, aceleran la formación de surcos, baches [ 4 ] y otras formas de rugosidad del pavimento. [5]
La explicación tradicional para la meteorización por heladas era la expansión volumétrica del agua congelada. Cuando el agua se congela y forma hielo , su volumen aumenta en 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 suficiente para fracturar cualquier roca. [6] [7] Para que la meteorización por heladas 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 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] restringiéndolo a un proceso de importancia a unos pocos centímetros de la superficie de una roca y en juntas más grandes llenas de agua existentes en un proceso llamado acuñamiento de hielo .
No toda la expansión volumétrica es causada por la presión del agua congelada; puede ser causada por tensiones en el agua que permanece no congelada. Cuando el crecimiento del hielo induce tensiones en el agua intersticial que rompe la roca, el resultado se llama hidrofractura. La hidrofractura 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 agua, y si el agua se expulsa más rápido de lo que puede migrar, la presión puede aumentar, fracturando la roca.
Desde que se inició la investigación sobre la meteorización física alrededor de 1900, hasta la década de 1980 se sostuvo que la expansión volumétrica era el proceso predominante detrás de la meteorización por heladas. [8] Esta visión 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 meteorización por heladas por expansión volumétrica" son inusuales. [6] Sin embargo, la mayor parte de la literatura reciente demuestra que la segregación de 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]