Frost heaving
ફ્રોસ્ટ હીવિંગ (અથવા ફ્રોસ્ટ હીવ) એ બરફની વધતી હાજરીને કારણે ઠંડાની પરિસ્થિતિ દરમિયાન જમીનની ઉપરની તરફ સોજો છે, કારણ કે તે સપાટી તરફ વધે છે, જમીનની ઊંડાઈથી ઉપરની તરફ જ્યાં ઠંડું તાપમાન જમીનમાં ઘૂસી ગયું છે (ઠંડું આગળ અથવા ઠંડું સીમા). બરફની વૃદ્ધિ માટે પાણી પુરવઠાની જરૂર પડે છે જે ચોક્કસ જમીનમાં કેશિલરી ક્રિયા દ્વારા ઠંડું થતાં આગળના ભાગમાં પાણી પહોંચાડે છે. ઉપરની જમીનનું વજન બરફની ઊભી વૃદ્ધિને અટકાવે છે અને જમીનની અંદર બરફના લેન્સ આકારના વિસ્તારોની રચનાને પ્રોત્સાહન આપી શકે છે. તેમ છતાં એક અથવા વધુ વધતા બરફના લેન્સનું બળ માટીના એક સ્તરને ઊંચકવા માટે પૂરતું છે. બરફના લેન્સની રચનાને ખવડાવવા માટે જે માટીમાંથી પાણી પસાર થાય છે તે રુધિરકેશિકા ક્રિયાને મંજૂરી આપવા માટે પૂરતા પ્રમાણમાં છિદ્રાળુ હોવી જોઈએ, પરંતુ રુધિરકેશિકા સાતત્યને તોડવા માટે તેટલું છિદ્રાળુ હોવું જોઈએ નહીં. આવી માટીને "હિમ સંવેદનશીલ" તરીકે ઓળખવામાં આવે છે. બરફના લેન્સની વૃદ્ધિ સતત ઠંડું થતાં આગળના ભાગમાં વધતા પાણીનો વપરાશ કરે છે. વિભેદક હિમ હીવિંગ રસ્તાની સપાટીઓને તોડી શકે છે-વસંતઋતુમાં ખાડાઓની રચનામાં ફાળો આપે છે-અને બાંધકામના પાયાને નુકસાન પહોંચાડે છે. ફ્રોસ્ટ હીવ્સ યાંત્રિક રીતે રેફ્રિજરેટેડ કોલ્ડ-સ્ટોરેજ ઇમારતો અને બરફના રિંકમાં થઈ શકે છે. સોયનો બરફ એ અનિવાર્યપણે હીવિંગ હિમ છે જે ઠંડાની મોસમની શરૂઆતમાં થાય છે, તે પહેલાં ઠંડું મોરચો જમીનમાં ખૂબ દૂર સુધી ઘૂસી જાય છે અને હીવિંગ હિમ તરીકે ઉપાડવા માટે કોઈ જમીનનો વધુ પડતો બોજ નથી. મિકેનિઝમ્સ હિમ હીવિંગની ઐતિહાસિક સમજણ અર્બન હાર્ને 1694માં જમીનમાં હિમની અસરોનું વર્ણન કર્યું હતું. 1 9 30 સુધીમાં, દક્ષિણ કેરોલિના યુનિવર્સિટીના ભૂસ્તરશાસ્ત્ર વિભાગના વડા સ્ટીફન ટેબરે આ પૂર્વધારણાને નકારી કાઢી હતી કે શૂન્યથી નીચેના તાપમાનની શરૂઆત પહેલાં જમીનમાં પહેલેથી જ હાજર પાણીના ઠંડું સાથે દાઢના કદના વિસ્તરણથી હીવિંગનું પરિણામ આવે છે, એટલે કે. જમીનની અંદર પાણીના સ્થળાંતરથી ઓછું યોગદાન સાથે. જેમ જેમ તે તેના જથ્થાબંધ ઠંડક બિંદુ પર પાણીથી બરફમાં તબક્કો બદલે છે તેમ તેમ પાણીનું દાઢનું કદ લગભગ 9 ટકા વધે છે, તેથી દાઢના કદના વિસ્તરણને કારણે 9 ટકા મહત્તમ વિસ્તરણ શક્ય બનશે, અને તે પછી પણ જો બરફને સખત રીતે જમીનમાં બાજુની રીતે મર્યાદિત કરવામાં આવે જેથી સમગ્ર કદ વિસ્તરણ ઊભી રીતે થવું પડે. સંયોજનોમાં બરફ અસામાન્ય છે કારણ કે તે તેની પ્રવાહી સ્થિતિ, પાણીમાંથી દાઢના કદમાં વધારો કરે છે. પ્રવાહીમાંથી ઘનમાં તબક્કો બદલતી વખતે મોટાભાગના સંયોજનોના કદમાં ઘટાડો થાય છે. ટેબરે દર્શાવ્યું હતું કે હિમ હીવિંગમાં જમીનનું ઊભી વિસ્થાપન દાઢના કદના વિસ્તરણને કારણે તેના કરતા નોંધપાત્ર રીતે વધારે હોઈ શકે છે. ટેબરે દર્શાવ્યું હતું કે પ્રવાહી પાણી જમીનની અંદર ફ્રીઝ લાઇન તરફ સ્થળાંતર કરે છે. તેમણે દર્શાવ્યું હતું કે બેન્ઝિન જેવા અન્ય પ્રવાહી, જે જ્યારે થીજી જાય છે ત્યારે સંકોચાય છે, તે પણ હિમવર્ષા પેદા કરે છે. આનાથી બાકાત રાખેલ દાઢનું કદ ઠંડું માટીના ઊભી વિસ્થાપન માટેની પ્રબળ પદ્ધતિ તરીકે બદલાય છે. તેમના પ્રયોગોએ જમીનના સ્તંભોની અંદર બરફના લેન્સના વિકાસને વધુ દર્શાવ્યો હતો જે માત્ર ઉપરની સપાટીને ઠંડુ કરીને સ્થિર કરવામાં આવ્યા હતા, જેનાથી તાપમાનનો ઢાળ સ્થાપિત થયો હતો. બરફના લેન્સનો વિકાસ હિમ હીવિંગમાં જમીનના વિસ્થાપનનું મુખ્ય કારણ બરફના લેન્સનો વિકાસ છે. હિમવર્ષા દરમિયાન, એક અથવા વધુ માટી-મુક્ત બરફના લેન્સ ઉગે છે, અને તેમની વૃદ્ધિ તેમની ઉપરની જમીનને વિસ્થાપિત કરે છે. આ લેન્સ ભૂગર્ભજળ સ્ત્રોતમાંથી પાણીના સતત ઉમેરા દ્વારા વધે છે જે જમીનમાં નીચા હોય છે અને જમીનમાં ઠંડું રેખા નીચે હોય છે. છિદ્રોની રચના સાથે હિમ-સંવેદનશીલ માટીની હાજરી કે જે કેશિકા પ્રવાહને મંજૂરી આપે છે તે બરફના લેન્સને પાણી પૂરું પાડવા માટે જરૂરી છે. છિદ્રોમાં પ્રવાહીના બંધનની ગિબ્સ-થોમસન અસરને કારણે, જમીનમાં પાણી પાણીના જથ્થાબંધ ઠંડક બિંદુથી નીચેના તાપમાને પ્રવાહી રહી શકે છે. ખૂબ જ સૂક્ષ્મ છિદ્રોમાં ખૂબ જ ઊંચો વળાંક હોય છે, અને તેના પરિણામે આવા માધ્યમોમાં તાપમાનમાં પ્રવાહી તબક્કો થર્મોડાયનેમિકલી સ્થિર રહે છે, જે ક્યારેક પ્રવાહીના જથ્થાબંધ ઠંડક બિંદુથી ઘણા દસ ડિગ્રી નીચે હોય છે. આ અસર પાણીને જમીનમાંથી બરફના લેન્સ તરફ વહેવા દે છે, જેનાથી લેન્સ વધે છે. અન્ય જળ-પરિવહન અસર બરફના લેન્સની સપાટી પર અને બરફ અને માટીના કણો વચ્ચે પ્રવાહી પાણીના કેટલાક પરમાણુ સ્તરોની જાળવણી છે. ફેરાડેએ 1860માં પૂર્વમિશ્રિત પાણીના સ્થિર સ્તર પર અહેવાલ આપ્યો હતો. બરફ તેની પોતાની વરાળ સામે અને સિલિકા સાથે સંપર્કમાં આવે છે. માઇક્રો-સ્કેલ પ્રક્રિયાઓ એ જ આંતરઆણ્વિક બળો કે જે સપાટીઓ પર પ્રીમેલ્ટિંગનું કારણ બને છે તે રચાતા બરફના લેન્સની નીચેની બાજુએ કણ સ્કેલ પર હીવિંગ હિમમાં ફાળો આપે છે. જ્યારે બરફ જમીનના સૂક્ષ્મ કણોને ઘેરી લે છે, ત્યારે કણોની આસપાસની પાણીની પાતળી આવરણ ઓગળવા અને ફરી થીજી જવાને કારણે જમીનનો કણો થર્મલ ઢાળની અંદર ગરમ દિશા તરફ નીચે તરફ વિસ્થાપિત થશે. આવી ફિલ્મની જાડાઈ તાપમાન પર આધારિત હોય છે અને કણની ઠંડી બાજુએ પાતળી હોય છે. જ્યારે જથ્થાબંધ બરફમાં હોય ત્યારે પાણીની થર્મોડાયનેમિક મુક્ત ઊર્જા સુપરકુલ્ડ પ્રવાહી સ્થિતિ કરતાં ઓછી હોય છે. તેથી, કણોની ગરમ બાજુથી ઠંડી બાજુ તરફ વહેતું પાણી સતત ફરી ભરાઈ રહ્યું છે, અને ગરમ બાજુએ જાડી આવરણને ફરીથી સ્થાપિત કરવા માટે સતત ઓગળી રહ્યું છે. આ કણ એક પ્રક્રિયામાં ગરમ માટી તરફ નીચે તરફ સ્થળાંતર કરે છે જેને ફેરાડે "થર્મલ રીજેલેશન" કહે છે. આ અસર બરફના લેન્સને શુદ્ધ કરે છે કારણ કે તે માટીના સૂક્ષ્મ કણોને દૂર કરીને રચાય છે. આમ દરેક માઇક્રોમીટર-કદના માટીના કણની આસપાસ સ્થિર પાણીની 10-નેનોમીટરની ફિલ્મ તેને 1 °C m−1 જેટલા નીચા થર્મલ ઢાળમાં 10 માઇક્રોમીટર/દિવસ ખસેડી શકે છે. જેમ જેમ બરફના લેન્સ વધે છે, તેમ તેમ તેઓ માટીને ઉપર ઉઠાવે છે, અને નીચે માટીના કણોને અલગ કરે છે, જ્યારે કેશિલરી ક્રિયા દ્વારા બરફના લેન્સના ઠંડું ચહેરા પર પાણી ખેંચે છે. ફ્રોસ્ટ-સંવેદનશીલ જમીન ફ્રોસ્ટ હીવિંગ માટે હિમ-સંવેદનશીલ જમીન, નીચે પાણીનો સતત પુરવઠો (પાણીનું સ્તર) અને જમીનમાં પ્રવેશતા ઠંડું તાપમાનની જરૂર પડે છે. હિમ-સંવેદનશીલ જમીન એ છે કે જે કણો અને કણોની સપાટીના વિસ્તાર વચ્ચેના છિદ્રોના કદની હોય છે જે કેશિકા પ્રવાહને પ્રોત્સાહન આપે છે. કાંપવાળી અને દોમટ માટીના પ્રકારો, જેમાં સૂક્ષ્મ કણો હોય છે, તે હિમ-સંવેદનશીલ જમીનના ઉદાહરણો છે. જો 10 ટકા કે તેથી વધુ ઘટક કણો 0.075 mm (નં. 200) ચાળણી અથવા 3 ટકા કે તેથી વધુ 0.02 મીમી (નં. 635) ચાળણી. ચેમ્બરલેને હિમની સંવેદનશીલતાને માપવા માટે અન્ય, વધુ સીધી પદ્ધતિઓનો અહેવાલ આપ્યો. આવા સંશોધનના આધારે, જ્યાં હિમ-સંવેદનશીલતા અનિશ્ચિત હોય તેવી જમીન માટે સ્થાપિત વર્ગીકરણ પ્રણાલીમાં મૂલ્યો સાથે હીવ દર અને પીગળેલા બેરિંગ ગુણોત્તરની સરખામણી કરીને પેવમેન્ટ પ્રણાલીઓમાં ઉપયોગમાં લેવાતી જમીનની સાપેક્ષ હિમ અને પીગળવાની નબળી સંવેદનશીલતા નક્કી કરવા માટે પ્રમાણભૂત પરીક્ષણો અસ્તિત્વમાં છે. બિન-હિમ-સંવેદનશીલ જમીન પાણીના પ્રવાહને પ્રોત્સાહન આપવા માટે ખૂબ જ ગાઢ હોઈ શકે છે (ઓછી હાઇડ્રોલિક વાહકતા) અથવા કેશિકા પ્રવાહને પ્રોત્સાહન આપવા માટે છિદ્રાળુતામાં ખૂબ ખુલ્લી હોઈ શકે છે. ઉદાહરણોમાં નાના છિદ્રોના કદ સાથે ગાઢ માટી અને તેથી ઓછી હાઇડ્રોલિક વાહકતા અને સ્વચ્છ રેતી અને કાંકરીનો સમાવેશ થાય છે, જેમાં નાના પ્રમાણમાં સૂક્ષ્મ કણો હોય છે અને જેના છિદ્રોના કદ કેશિકા પ્રવાહને પ્રોત્સાહન આપવા માટે ખૂબ ખુલ્લા હોય છે. હિમ હીવિંગ ફ્રોસ્ટ હીવિંગ દ્વારા બનાવવામાં આવેલા જમીન સ્વરૂપો વિવિધ ભૂમિતિઓમાં ઊભા-માટીના જમીન સ્વરૂપો બનાવે છે, જેમાં વર્તુળો, બહુકોણ અને પટ્ટાઓનો સમાવેશ થાય છે, જેને જમીનમાં પાલ્સા તરીકે વર્ણવી શકાય છે જે કાર્બનિક પદાર્થોથી સમૃદ્ધ છે, જેમ કે પીટ અથવા વધુ ખનિજ સમૃદ્ધ જમીનમાં લિથાલ્સા. સ્વાલબાર્ડના દ્વીપસમૂહ પર મળી આવેલ પથ્થરનું લિથાલ્સા (ભારે ટેકરા) એક ઉદાહરણ છે. માઉન્ટ કેન્યા પરના પાલ્સા દ્વારા સચિત્ર રીતે દર્શાવ્યા મુજબ, ભૂમધ્યરેખાની નજીક પણ આલ્પાઇન પ્રદેશોમાં હિમવર્ષા થાય છે. આર્કટિક પર્માફ્રોસ્ટ પ્રદેશોમાં, સેંકડો વર્ષોથી સંબંધિત પ્રકારનું ગ્રાઉન્ડ હીવિંગ 60 મીટર જેટલું ઊંચું માળખું બનાવી શકે છે, જેને પિંગોસ તરીકે ઓળખવામાં આવે છે, જે હિમની વૃદ્ધિને પોષણ આપતી કેશિલરી ક્રિયાને બદલે ભૂગર્ભ જળના ઉપર ઉઠવાથી ખવડાવવામાં આવે છે. ક્રાયોજેનિક અર્થ હમૉક્સ એ દાણાદાર સંવહનના પરિણામે એક નાની રચના છે જે મોસમી રીતે સ્થિર જમીનમાં દેખાય છે અને તેના ઘણા જુદા જુદા નામો છે; ઉત્તર અમેરિકામાં તેઓ અર્થ હમૉક્સ છે; ગ્રીનલેન્ડ અને આઇસલેન્ડમાં થુફર; અને ફેનોસ્કાન્ડિયામાં પૌનસ. માર્સ ગ્લોબલ સર્વેયર પર માર્સ ઓર્બિટર કેમેરા (એમ. ઓ. સી.) અને માર્સ રિકોનિસન્સ ઓર્બિટર પર હાયરીસ કેમેરા દ્વારા મંગળના નજીકના ધ્રુવીય પ્રદેશોમાં હિમવર્ષાને કારણે બહુકોણીય સ્વરૂપો જોવા મળ્યા છે. મે 2008 માં માર્સ ફોનિક્સ લેન્ડર આવા બહુકોણીય હિમ-ભારે લેન્ડસ્કેપ પર નીચે ઉતર્યું અને ઝડપથી સપાટીની નીચે થોડા સેન્ટીમીટર બરફની શોધ કરી. રેફ્રિજરેટેડ ઇમારતોમાં કોલ્ડ-સ્ટોરેજ ઇમારતો અને બરફના રિંક કે જે સબ-ફ્રીઝિંગ તાપમાને જાળવવામાં આવે છે તે તેમના પાયાની નીચેની જમીનને દસ મીટરની ઊંડાઈ સુધી સ્થિર કરી શકે છે. મોસમી રીતે સ્થિર ઇમારતો, દા. ત. કેટલાક બરફના રિંક, માટીને ઓગળવા દે છે અને જ્યારે ઇમારતનો આંતરિક ભાગ ગરમ થાય છે ત્યારે તે પુનઃપ્રાપ્ત થઈ શકે છે. જો રેફ્રિજરેટેડ બિલ્ડિંગનો પાયો હિમ-સંવેદનશીલ જમીન પર મૂકવામાં આવે છે, જેમાં ઠંડું ફ્રન્ટની પહોંચની અંદર પાણીનું ટેબલ હોય, તો આવી રચનાઓના માળ પ્રકૃતિમાં જોવા મળતી સમાન પદ્ધતિઓને કારણે ભારે થઈ શકે છે. આવા માળખાઓ અલગથી અથવા એકસાથે ઘણી વ્યૂહરચનાઓનો ઉપયોગ કરીને આવી સમસ્યાઓને ટાળવા માટે તૈયાર કરી શકાય છે. વ્યૂહરચનાઓમાં પાયાની નીચે બિન-હીમ-સંવેદનશીલ માટી મૂકવી, હીમિંગ ફ્રન્ટના પ્રવેશને ઘટાડવા માટે ઇન્સ્યુલેશન ઉમેરવું અને બિલ્ડિંગની નીચેની માટીને તેને હીજિંગથી બચાવવા માટે પૂરતા પ્રમાણમાં ગરમ કરવાનો સમાવેશ થાય છે. મોસમી રીતે સંચાલિત બરફના રિંક બરફનું તાપમાન વધારીને સપાટીની નીચે થીજી જવાના દરને ઘટાડી શકે છે. ક્રાયોટર્બેશન ફ્રોસ્ટ કાયદો ફ્રોસ્ટ વેધર આઇસ જેકિંગ પાલ્સા ફૂટનોટ્સ સંદર્ભો વધુ વાંચન બાંધકામ ખામીઓ ભૂ-આકૃતિશાસ્ત્ર હિમવિજ્ઞાન ગ્રાઉન્ડ ફ્રીઝિંગ પેટર્ન જમીન મિકેનિક્સ ફ્રોસ્ટ અને રાઇમ