フロストウェッジング 水/氷が、凍結と融解のサイクルを繰り返すことで風化して景観を侵食するプロセスです。水が凍ると 9% 膨張し、夏の間だけ再び溶けるために岩を押し広げます。
亜寒帯環境の地形は、凍結と融解のサイクルに関連するプロセスに大きく影響されます。 1 回の凍結融解サイクルは何年にもわたる場合もあれば、季節的または日周的に発生する場合もあります。物理的風化の原因を特定する際には、サイクル数とその強度 (温度範囲) の両方が重要な要素となります。物理的風化は、霜割れ、霜のくさび、霜の上昇、および霜の選別のプロセスを部分的に包含する一般的な用語です。ここで簡単に説明します。
永久凍土や樹木の被覆の有無、問題の土壌や岩盤の種類、特に気候や地形の変動性など、他の多くの環境要因も霜作用の有効性に影響を与えます。ここでは、亜寒帯環境に関する地理的および気候情報の概要から始め、その後、凍結融解サイクルといくつかの霜作用プロセスについて説明します。最後に、パターン化された地面など、いくつかの周氷地形が提示されます。この記事では、凍結融解サイクルに関連する大量消費のプロセスと結果として生じる地形については説明しません。
寒い環境でのフロストウェッジング
北米では、カナダ北部とアラスカで亜寒帯環境が見られます。他の場所では、北ヨーロッパとアジアで見られます。これらの地域では、「短く適度に暖かく湿った夏と、長く非常に寒く乾燥した冬という [気温の] 強い季節変動」が見られます。ただし、この一般化には例外があり、その中で最も明白なのは、地形の変化による気候変動です。
さらに、カナダやスカンジナビアの沿岸地域などでは、海に比較的近いことで、気温の季節的範囲を最小限に抑える効果があります。アラスカやロシアの内陸部など、より大陸的な場所では、年間の最高気温と最低気温が摂氏 100 度以上変化する可能性があります。降水量も亜寒帯地域によって大きく異なります。カナダ東部では、年間降水量が 81 cm に達する場所もありますが、山脈が湿った空気の移動を妨げるアラスカの地域では、年間降水量が 18 cm にまで低下する場合があります。
以下で説明するように、気温と降水量の局所的な変動は、霜の作用のプロセスに影響を与える 2 つの要因です。追加の環境要因は積雪と森林被覆であり、どちらも土壌と岩盤の温度を調節する傾向があります。夏の間、森林に覆われた地面 (露出した地面よりも涼しい) は、解凍の速度と深さが遅くなりますが、冬の間は、露出した地面よりも暖かいままです。大量の降雪や氷に覆われた地面は、気温の変化からある程度遮断されています。
永久凍土が物理的風化に与える影響
もう 1 つの重要な環境要因は、S.W. によって定義された永久凍土の存在です。ミュラーは、「地表下のさまざまな深さで、氷点下の温度が長期間 (2 [年] から数万まで) 継続的に存在している、土壌またはその他の表面堆積物、または岩盤の厚さ」として定義しています。年）」。永久凍土は連続または不連続のいずれかに分類されます。後者は、景観上のその分布が連続していないことを意味します.
永久凍土の上に位置する土壌は活動層と呼ばれ、典型的な凍結と融解のサイクルを経ています。永久凍土層はしばしば不透水性の層であるため、その上にある氷や雪の融解からの水が深く浸透して流出するのを防ぐことができます。これにより、土壌に水分が保持され、霜の作用の影響を受けやすくなります.他の状況では、凍結した地盤の透過性の低下により、流出量が増加し、洪水のリスクが高まる可能性もあります。
霜の影響に対する景観の感受性に影響を与えるいくつかの依存要因には、岩盤と土壌の構造、鉱物組成、粒子サイズ、および人間活動の影響があります。これらは、とりわけ、地面の熱伝導率に影響を与える変数です。たとえば、凍結と融解のサイクルは、乾燥した砂よりもはるかに深い砂質粘土に影響を与えます.
アイス レンズ &フロスト ウェッジング
比較的ゆっくりと凍結する土壌に十分な水分が存在する場合、氷のレンズに分離する可能性があります。これは通常、凍結前線に平行な氷の水平層です。アイス レンズの成長に寄与する水は、岩石や土壌の細孔から来る場合もあれば、融雪、永久凍土の融解、地表水または地下水などの水源から供給される場合もあります。氷のレンズは、サイズが数ミリメートルから数メートルの範囲であり、土壌の別々のセクションを形成し、垂直方向、つまり凍結前線に対して垂直に移動する傾向があります.
多くの場合、アイスレンズは、単一の大きなレンズではなく、多数の小さなレンズで構成される「シリーズ」を形成します。研究者はまだ正確な説明を欠いているが、「鉱物表面に隣接する電気二重層と水の双極子の性質は、水の凍結面への移動における基本的な要素である」と考えられている.原因に関係なく、凍結する土壌水分は、粒子サイズや鉱物などの変数に応じて増減する分離「吸引力」の影響を受けるようです。一般に、より細かい粒子サイズの土壌には、より大きなアイスレンズが蓄積するため、凍上しやすくなります。ただし、非常に細かい粒子サイズの土壌は、凍結前線に向かう水の移動に対して不浸透性になる可能性があり、その場合、アイス レンズは形成されません。
上記のように、氷の分離は、凍結速度と粒子サイズがこのプロセスを助長する場合に発生する可能性があります。ただし、非常に急速な凍結の場合、間隙水は本質的に封じ込められ、凍結前線に向かって移動することができません。
アイス レンズの成長は、凍結中の土壌の上方への移動であるフロスト ヒービングの現象に寄与します。凍結前線が永久凍土から上向きに移動するときに発生するアップフリーズは、多くの凍結融解サイクルの過程で、埋もれた岩石の隆起や地表へのジョイントブロックさえも引き起こしていると考えられています. 「フロスト プル」と「フロスト プッシュ」と呼ばれる 2 つの異なる仮説が、埋設物の隆起を説明するために提案されています。
興味深いことに、垂直方向、つまり凍結前線に垂直な方向にある物体は、凍結前線に平行な方向にある物体よりも大きなヒービングを経験します。さらに、アップフリーズはオブジェクトを再配置して垂直方向に配置する傾向があります。さらに、大きなオブジェクトは、小さなオブジェクトよりも大きな量のヒービングを経験する傾向があります.
粒子のサイズと温度に加えて、霜の隆起の程度を決定する最も重要な要因は、土壌水分、植生の存在、および土壌の深さです。調査によると、水が多く、植生がまばらな地域では、隆起が大きくなることが示されています。また、調査によると、活性層の隆起は深さとともに増加することが示されています。
フロスト ウェッジングとは、凍結した水が膨張して岩石がこじ開けられることを指します。このプロセスは、水分含有量が高く、急速に凍結する場合に特に効果的です。このような場合、細孔や亀裂内の水は封鎖されて移動できなくなり、岩石を粉砕するのに十分な内部応力が生じます。凍結楔入に対する感受性は、岩質に大きく依存します。堆積岩は火成岩よりも簡単に砕ける傾向があり、細孔サイズが大きい岩石は、細孔サイズが小さい岩石よりも影響を受けやすくなります。また、一部の研究では、霜のくさびの程度は、岩石が受ける凍結融解サイクルの強度、回数、および長さに比例することが示されていることにも注意してください。
霜の作用のもう 1 つの重要な側面は、針状氷の形成です。これは、地面の表面またはそのすぐ下で発生するプロセスであり、氷の長いフィラメントが垂直方向に成長することを特徴としています。これは、場合によっては最大 40 cm の土壌の最上層を移動させる効果があります。針状の氷は植生のない土壌でより顕著であり、凍結と融解の複数のサイクルを伴うと、堆積物を垂直に移動させる傾向があり、風の作用と芝生の収縮に対する感受性が高くなります.
霜作用の表面証拠は、特定の環境の岩質と地形によって異なります。言うまでもなく、関係する霜の作用の種類と強度も、表面の形状を決定する上で重要です。小規模では、地面の表面にある石が土壌のわずかな隙間に囲まれているのが一般的です。これらの隙間は、霜が降りた証拠です。
霜の作用の追加の表面証拠は、パターン化された地面の存在です。集中的な霜の作用。」説明のために、パターン化された地面は分類されているか分類されていないかのいずれかに分類されます。分類されたパターン化された地面は、石とより細かい堆積物が上記のさまざまな幾何学的形状のいずれかに分離することによって特徴付けられます。パターンのサイズと方向は、凍結前線の方向、凍結速度、土壌水分、粒子サイズ、密度、形状などの要因の影響を受けます。霜の選別は、凍結 (隆起)、針状氷による移動、および大量の移動を含む、いくつかの異なるタイプの霜の作用によって達成されます。
フロスト ウェッジングは、認識可能な表面形状を生成する別のプロセスです。前述のように、岩石の亀裂や細孔内の水が急速に凍結すると、岩石に作用する内部応力が岩石を粉砕するのに十分な場合があります。霜のくさびが支配的なプロセスである風景では、岩は通常、角張っており、サイズが大きく異なります。霜の選別が行われている地域では、岩の破片がサイズに応じてパターン化されている場合があります.
岩石のユニークな表面の向きを作成することに加えて、霜作用プロセスは侵食などの他の表面プロセスに影響を与えると考えられています。プリンス エドワード島のリル堆積物輸送速度に対する凍結融解サイクルの影響は、Edwards、Burney、および Frame (1995) によって研究されました。研究された地域は主に農業であったため、実験条件は広大な耕作地の条件を模倣するように設計されました。数回の凍結融解サイクルを経た土壌は、同様の条件下であるが凍結していない土壌よりも、実験試験中に 25% 多い堆積物収量を生成することがわかりました.
