Wietrzenie mrozowe to rodzaj wietrzenia fizycznegowietrzenie fizyczne (mechaniczne)wietrzenia fizycznego (mechanicznego), które polega na rozdrabnianiu (rozsadzaniu lub rozkruszaniu) skał w wyniku działania ciśnienia wytworzonego przez zamarzającą wodę, znajdującą się w szczelinach lub porach skał. Woda, przechodząc w stałą postać (lód), zwiększa swoją objętość o 9%, powodując w ten sposób dezintegrację skałydezintegracja skałdezintegrację skały. Proces ten nosi także nazwę dezintegracji mrozowej lub kongelacji albo po prostu zamrozu. W wietrzeniu tego typu szczególnie istotna jest szybkość i intensywność zamarzania oraz stopień uwilgocenia skały.

Wietrzenie mrozowe jest bardziej efektywne, gdy w cyklu dobowym następuje wielokrotne zamarzanie i rozmarzanie. Proces częstego zamarzania i odmarzania gruntu nosi nazwę multigelacji. W klimatach polarnych, w których temperatura przez długi czas utrzymuje się poniżej zera stopni Celsjusza, proces ten jest znacznie powolniejszy niż w klimatach, w których następują częste zmiany temperatury w zakresie powyżej i poniżej zera.

Przy zupełnym nasyceniu skały wodą, ciśnienie w osadzie wywołane przez zmianę stanu skupienia ze stałego na ciekły nie ulega zmniejszeniu, ponieważ brak jest wolnych przestrzeni w skale. Lód tworzący się w szczelinach klastycznych skałskały klastyczne (okruchowe)klastycznych skał luźnych, w klimatach skrajnie chłodnych, tworzy kliny mrozowe lub formy poligonalne.

Istnieje kilka teorii wyjaśniających, w jaki sposób wietrzenie mrozowe doprowadza do rozpadu skał.

• Zamarzanie wody wypełniającej spękania przebiega od powierzchni szczeliny w głąb. Stopniowe powstawanie lodu wiąże się ze wzrostem objętości, co powoduje powstanie dużego ciśnienia i doprowadza do rozpadu skały. Aby skały zostały rozsadzone, musi wytworzyć się wystarczająco duże ciśnienie. Następuje to wtedy, gdy tempo zamarzania wynosi ponad 0,1°C/min.

• Skały mogą pękać w efekcie migracji wody w kierunku formujących się soczewek lodu, co przyczynia się do ich rozprzestrzeniania, wówczas w wyniku różnic potencjału termodynamicznego powstaje wysokie ciśnienie i następuje rozpad skały. Warunkiem koniecznym do zainicjowania takiego procesu jest osiągnięcie temperatur z zakresu od -5°C do -15°C oraz tempa spadku temperatury w zakresie 0,1–0,5°C/h.

• Zamarznięta powierzchnia skały, która wcześniej miała kontakt z wodą, tworzy barierę dla migracji wody. Następnie woda znajdująca się w porach skalnych blisko zamarzniętej powierzchni także zamarza. Wówczas cząsteczki lodu o zwiększonej objętości wypychają pozostałą, niezamarzniętą wodę w głąb skały. W efekcie powstaje wysokie ciśnienie hydrauliczne, które prowadzi do rozpadu skał.

Wietrzenie mrozowe prowadzi do dwóch rodzajów rozpadu skał: 1) rozpadu blokowego (makrogeliwacji), gdy skały rozdrabnianie są do rozmiarów bloków skalnych lub głazów w wyniku zamarzania cieczy pomiędzy warstwami skalnymi; 2) rozpadu ziarnistego, zwanego także dezintegracją granularną (mikrogeliwacji), gdy rozdrabnianie skał prowadzi do powstania pojedynczych ziaren mineralnych, o rozmiarach odpowiadającym żwirom, piaskom lub pyłom. Procesy wietrzenia mrozowego można podzielić na trzy grupy: 1) pękanie mrozowe, 2) pęcznienie mrozowe i 3) podnoszenie mrozowe. Pękanie mrozowe to proces pękania zachodzący w gruntach klastycznych, polegający na tworzeniu się lodu gruntowego. Pękanie mrozowe jest wynikiem termicznego kurczenia się lodu i osadu przepełnionego lodem. W wyniku cyklicznych zmian temperatury powstają liczne spękania i szczeliny. Rozszerzające się ku górze szczeliny wypełnione lodem tworzą żyły o przebiegu zbliżonym do pionowego, zwane klinami lodowymi (fot. 1).

RZO1boaAB8VD6

Zdjęcie przedstawia klin mrozowy. Jest to rozszerzająca się ku górze szczelina wypełniona lodem, tworząca żyłę o przebiegu zbliżonym do pionowego. Jej początek ma miejsce w górnej warstwie gleby, gdzie znajduje się trawa. Klin został odsłonięty poprzez rozstąpienie się ziemi.

Pęcznienie mrozowe to ruchy gruntu w pionie i poziomie wywoływane przez tworzenie się lodu gruntowego na skutek podciągania kapilarnegopodciąganie kapilarnepodciągania kapilarnego wody ku górze i podczas szybkiego spadku temperatury. W efekcie tworzą się lodowe warstwy, soczewki, pionowe żyły i lód włóknisty w postaci igieł (fot. 2), które tworzą kryształy, mogące dochodzić nawet do 30 cm długości. Proces ten prowadzi do pęcznienia gruntu i powstania tufurówtufurytufurów (fot. 3) i pagórów mrozowych typu palsapalsapalsa (fot. 4) lub pingopingo (lakkolit lodowy)pingo (fot. 5), które są formami charakterystycznymi dla klimatów chłodnych, w których występuje wieloletnia zmarzlina.

Rf52NRBj09edH

Fotografia przedstawia igły lodowe - są to pionowe, lodowe, cienkie walce wystające z ziemi skupione w wiązki. Mają biały kolor i brązowe końce. Część igieł lodowych leży przewrócona na glebie.

RjQkEwDoPYY3x

Zdjęcie przedstawia tufur widoczny ze stoku wzniesienia. Znajduje się on u jego podnóża. Są to niewielkie pagórki, które są stworzone z tworów lodowych na skutek pęcznienia.

RSOCPqFeUyUlv

Zdjęcie przedstawia palsę. Jest to niewielkie wzniesienie o płaskim szczycie. Palsa oraz jej okolice są porośnięte dość gęstą roślinnością. Na drugim planie widoczny jest niewielki staw oraz pagórki.

ReiMB7GBjqi6g

Zdjęcie przedstawia pingo z lotu ptaka. Jest to pagórek o okrągłej podstawie w kształcie stożka ze spękaniami na wierzchołku. Pierwszy z nich otoczony jest wokół wodą. Dalej za nim znajduje się powierzchnia lądu i na niej znajduje się drugie pingo. Na lądzie dookoła pagórka występują liczne zbiorniki wodne.

Podnoszenie mrozowe to proces podnoszenia się gruntu wskutek pęcznienia oraz nacisków kriogenicznych, czyli dynamicznych naprężeń związanych z jego zamarzaniem. Ciągle przyrastający lód włóknisty, zwiększając swoją objętość, podnosi warstwy osadów przypowierzchniowych. Wzrost objętości lodu gruntowego powoduje wymarzanie i podnoszenie ku powierzchni kamieni, natomiast po odmarznięciu gruntu podniesione okruchy skalne nie wracają do dawnego położenia, ponieważ powstałą lukę zapełnia mułek albo ił. W efekcie pękania i podnoszenia mrozowego powstają charakterystyczne gleby strukturalne zwane poligonalnymi (fot. 6).

RssxxcZ19zu1e

Na zdjęciu przedstawiony jest uchwycony z lotu ptaka pagórek pingo i otaczające go gleby poligonalne. Pagórek położony jest w centralnej części fotografii. Ma on dość płaski kształt, poprzecinany jest liniami, który tworzą geometryczne wzory. Teren dookoła pokryty jest w znacznym stopniu wodą.

Podatność skał na wietrzenie mrozowe zależy głównie od:

• warunków klimatycznych – przede wszystkim czasu trwania ujemnych temperatur powierza, ich zmienności względem zera stopni Celsjusza oraz wilgotności;

• właściwości skał – wytrzymałości skały, która zależy od składu mineralnego, stopnia związania minerałów, tekstury, spoiwa, porowatości, systemu spękań;

• warunków orograficznych i ekspozycji.

Słownik