การผุกร่อนจากน้ำแข็ง

การผุกร่อนจากน้ำแข็งเป็นคำรวมที่ใช้เรียกกระบวนการผุกร่อนเชิงกล หลายอย่างที่เกิดจาก ความเครียดที่เกิดจากการแข็งตัวของน้ำกลายเป็นน้ำแข็งคำนี้ใช้เป็นคำรวมสำหรับกระบวนการต่างๆ เช่น การแตกละเอียดจากน้ำแข็ง การแตกเป็นร่องจากน้ำแข็ง และการแตกร้าวจากความเย็น กระบวนการนี้อาจเกิดขึ้นได้ในระดับพื้นที่และเวลาที่หลากหลาย ตั้งแต่ไม่กี่นาทีไปจนถึงหลายปี และตั้งแต่การทำให้เม็ดแร่หลุดออกไปจนถึงการทำให้ก้อนหิน แตกละเอียด กระบวนการ นี้เด่นชัดที่สุดในพื้นที่สูงและละติจูดสูงและเกี่ยวข้องกับ ภูมิอากาศ แบบอัลไพน์ภูมิอากาศแบบกึ่งขั้วโลก ภูมิอากาศแบบ ทะเลกึ่งขั้วโลกและภูมิอากาศแบบขั้วโลก เป็นพิเศษ แต่ก็อาจเกิดขึ้นได้ทุกที่ที่อุณหภูมิต่ำกว่าจุดเยือกแข็ง (ระหว่าง−3 ถึง −8 °C (27 ถึง 18 °F) ) หากมีน้ำอยู่[ 1 ]
การแบ่งแยกน้ำแข็ง
ดินบางชนิดที่ไวต่อความเย็นจัดจะขยายตัวหรือยกตัวขึ้นเมื่อแข็งตัวเนื่องจากน้ำเคลื่อนที่ผ่านแรงดึงดูดของเส้นเลือดฝอยเพื่อสร้างเลนส์น้ำแข็งใกล้กับแนวการแข็งตัว[ 2 ]ปรากฏการณ์เดียวกันนี้เกิดขึ้นภายในช่องว่างของหิน การสะสมของน้ำแข็งจะใหญ่ขึ้นเมื่อดึงดูดน้ำเหลวจากรูพรุนโดยรอบ การเติบโตของผลึกน้ำแข็งทำให้หินอ่อนแอลง ซึ่งในที่สุดก็จะแตกออก[ 3 ]เกิดจากการขยายตัวของน้ำแข็งเมื่อน้ำแข็งตัว ทำให้เกิดความเครียดอย่างมากต่อผนังของสิ่งกักเก็บ อันที่จริงแล้วนี่เป็นกระบวนการที่พบได้ทั่วไปในพื้นที่ชื้นและอบอุ่นทั้งหมดที่มีหินโผล่ โดยเฉพาะหินที่มีรูพรุนเช่นหินทรายมักจะพบทรายอยู่ใต้พื้นผิวของหินทรายที่โผล่ขึ้นมา โดยที่เม็ดทรายแต่ละเม็ดหลุดออกทีละเม็ด กระบวนการนี้มักเรียกว่าการแตกร้าว จากน้ำแข็ง อันที่จริงแล้ว นี่มักเป็นกระบวนการผุพังที่สำคัญที่สุดสำหรับหินที่โผล่ขึ้นมาในหลายพื้นที่
กระบวนการที่คล้ายกันนี้สามารถเกิดขึ้นกับพื้นผิวถนนแอสฟัลต์ ส่งผลให้เกิดการแตกร้าวและความเสียหายอื่นๆ ในรูปแบบต่างๆ ซึ่งเมื่อรวมกับการจราจรและการแทรกซึมของน้ำ จะเร่งให้เกิดร่องลึก การเกิดหลุมบ่อ [ 4 ]และความขรุขระของพื้นผิวถนนในรูปแบบอื่นๆ[ 5 ]
การขยายตัวเชิงปริมาตร
คำอธิบายแบบดั้งเดิมสำหรับการผุกร่อนจากน้ำแข็งคือการขยายตัวเชิงปริมาตรของน้ำที่กำลังแข็งตัว เมื่อน้ำแข็งตัวเป็นน้ำแข็งปริมาตรของมันจะเพิ่มขึ้น 9 เปอร์เซ็นต์ ภายใต้สถานการณ์เฉพาะ การขยายตัวนี้สามารถทำให้หินเคลื่อนที่หรือแตกได้ ที่อุณหภูมิ -22 °C การเติบโตของน้ำแข็งเป็นที่ทราบกันดีว่าสามารถสร้างแรงดันได้สูงถึง 207 MPaซึ่งมากเกินพอที่จะทำให้หินแตกได้[ 6 ] [ 7 ]เพื่อให้เกิดการผุกร่อนจากน้ำแข็งโดยการขยายตัวเชิงปริมาตร หินจะต้องมีอากาศน้อยมากที่สามารถอัดเพื่อชดเชยการขยายตัวของน้ำแข็ง ซึ่งหมายความว่าหินจะต้องอิ่มตัวด้วยน้ำและแข็งตัวอย่างรวดเร็วจากทุกด้าน เพื่อไม่ให้น้ำไหลออกไปและแรงดันจะกระทำต่อหิน[ 6 ]เงื่อนไขเหล่านี้ถือว่าผิดปกติ[ 6 ]ทำให้กระบวนการนี้มีความสำคัญเฉพาะในระยะไม่กี่เซนติเมตรจากพื้นผิวของหินและบนรอยแตก ที่เต็มไปด้วยน้ำขนาดใหญ่ที่มีอยู่แล้ว ในกระบวนการที่เรียกว่า การ แทรกตัวของน้ำแข็ง
การขยายตัวเชิงปริมาตรไม่ได้เกิดจากแรงดันของน้ำที่แข็งตัวเพียงอย่างเดียว แต่ยังอาจเกิดจากความเครียดในน้ำที่ยังไม่แข็งตัวด้วย เมื่อการเติบโตของน้ำแข็งทำให้เกิดความเครียดในน้ำในรูพรุนจนทำให้หินแตก ผลที่ได้เรียกว่า การแตกร้าวจากแรงดันน้ำ (hydrofracturing) การแตกร้าวจากแรงดันน้ำ เกิดขึ้นได้ง่ายในรูพรุนขนาดใหญ่ที่เชื่อมต่อกัน หรือ ในหินที่มีความลาดชันของแรงดันน้ำสูง หากมีรูพรุนขนาดเล็ก การแข็งตัวของน้ำอย่างรวดเร็วในบางส่วนของหินอาจทำให้เกิดการขับไล่น้ำออกมา และหากน้ำถูกขับไล่ออกไปเร็วกว่าที่มันจะเคลื่อนที่ไปได้ แรงดันอาจเพิ่มขึ้นจนทำให้หินแตกได้
นับตั้งแต่เริ่มมีการวิจัยเกี่ยวกับการผุกร่อนทางกายภาพราวปี 1900 การขยายตัวเชิงปริมาตรถือเป็นกระบวนการหลักที่อยู่เบื้องหลังการผุกร่อนจากน้ำแข็งจนถึงช่วงปี 1980 [ 8 ]มุมมองนี้ถูกท้าทายในสิ่งพิมพ์ปี 1985 และ 1986 โดย Walder และ Hallet [ 6 ] [ 8 ]ปัจจุบันนักวิจัยเช่น Matsuoka และ Murton ถือว่า "เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการผุกร่อนจากน้ำแข็งโดยการขยายตัวเชิงปริมาตร" เป็นเรื่องผิดปกติ[ 6 ]อย่างไรก็ตาม วรรณกรรมส่วนใหญ่ในปัจจุบันแสดงให้เห็นว่าการแยกตัวของน้ำแข็งสามารถให้แบบจำลองเชิงปริมาณสำหรับปรากฏการณ์ทั่วไปได้ ในขณะที่การขยายตัวเชิงปริมาตรแบบดั้งเดิมที่เรียบง่ายไม่สามารถทำได้[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]
ดูเพิ่มเติม
- แรงดันไฮโดรสแตติกอาจกัดเซาะพื้นที่ได้เช่นกัน เมื่อรวมกับการที่น้ำแข็งปิดกั้นเส้นทางระบายน้ำในบริเวณภูเขา
- การดันโครงสร้างด้วยน้ำแข็ง– ความเสียหายทางโครงสร้างที่เกิดจากน้ำที่แข็งตัว
- แรงดันน้ำในรูพรุน– แรงดันของน้ำใต้ดินที่กักเก็บอยู่ภายในดินหรือหิน ในช่องว่างระหว่างอนุภาค
- การผุกร่อน
- บรัทเชน– ผลิตภัณฑ์จากการผุกร่อนของหินบางชนิดในเทือกเขาแอลป์
- การไหลของดิน– กระบวนการกัดเซาะของมวลดินบนเนินลาดเนื่องจากการแข็งตัวและการละลาย