Frost heaving
फ्रॉस्ट हीविंग (या फ्रॉस्ट हीव) जमने की स्थिति के दौरान मिट्टी की ऊपर की ओर सूजन है जो बर्फ की बढ़ती उपस्थिति के कारण होती है क्योंकि यह सतह की ओर बढ़ती है, मिट्टी में गहराई से ऊपर की ओर जहां जमने का तापमान मिट्टी (जमने वाले सामने या जमने वाली सीमा) में प्रवेश कर गया है। बर्फ के विकास के लिए पानी की आपूर्ति की आवश्यकता होती है जो कुछ मिट्टी में केशिका क्रिया के माध्यम से जमने वाले मोर्चे तक पानी पहुंचाती है। ऊपरी मिट्टी का वजन बर्फ के ऊर्ध्वाधर विकास को रोकता है और मिट्टी के भीतर बर्फ के लेंस के आकार के क्षेत्रों के गठन को बढ़ावा दे सकता है। फिर भी एक या अधिक बढ़ते बर्फ के लेंस का बल मिट्टी की एक परत को उठाने के लिए पर्याप्त है, जितना या उससे अधिक। जिस मिट्टी के माध्यम से पानी बर्फ के लेंस के गठन को खिलाने के लिए गुजरता है, वह केशिका क्रिया की अनुमति देने के लिए पर्याप्त रूप से छिद्रपूर्ण होना चाहिए, फिर भी केशिका निरंतरता को तोड़ने के लिए इतना छिद्रपूर्ण नहीं होना चाहिए। ऐसी मिट्टी को "पाला अतिसंवेदनशील" कहा जाता है। बर्फ के लेंसों का विकास लगातार जमने वाले मोर्चे पर बढ़ते पानी की खपत करता है। विभेदक पाला हीविंग सड़क की सतहों को तोड़ सकता है-वसंत के समय गड्ढों के निर्माण में योगदान दे सकता है-और भवन की नींव को नुकसान पहुंचा सकता है। फ्रॉस्ट हीव्स यांत्रिक रूप से प्रशीतित शीत-भंडारण इमारतों और बर्फ के रिंक में हो सकते हैं। सुई बर्फ अनिवार्य रूप से फ्रॉस्ट हीविंग है जो ठंड के मौसम की शुरुआत में होती है, इससे पहले कि फ्रीजिंग फ्रंट मिट्टी में बहुत दूर तक प्रवेश कर जाए और फ्रॉस्ट हीविंग के रूप में उठाने के लिए मिट्टी पर अधिक बोझ न हो। तंत्र पाले के गर्म होने की ऐतिहासिक समझ शहरी हार्ने ने 1694 में मिट्टी में पाले के प्रभावों का वर्णन किया। 1930 तक, दक्षिण कैरोलिना विश्वविद्यालय में भूविज्ञान विभाग के प्रमुख स्टीफन टेबर ने इस परिकल्पना को गलत साबित कर दिया था कि शून्य से नीचे के तापमान की शुरुआत से पहले मिट्टी में पहले से मौजूद पानी के जमने के साथ दाढ़ की मात्रा के विस्तार से पाला गर्म होता है। मिट्टी के भीतर पानी के प्रवास से कम योगदान के साथ। चूंकि पानी का मोलर आयतन लगभग 9 प्रतिशत बढ़ जाता है क्योंकि यह अपने थोक हिमांक बिंदु पर पानी से बर्फ में चरण बदलता है, मोलर आयतन विस्तार के कारण 9 प्रतिशत अधिकतम विस्तार संभव होगा, और तब भी केवल तभी जब बर्फ को कठोर रूप से मिट्टी में पार्श्व रूप से सीमित किया जाए ताकि पूरे आयतन का विस्तार ऊर्ध्वाधर रूप से हो। बर्फ यौगिकों के बीच असामान्य है क्योंकि यह अपनी तरल अवस्था, पानी से दाढ़ की मात्रा में बढ़ जाती है। तरल से ठोस में चरण बदलने पर अधिकांश यौगिकों की मात्रा कम हो जाती है। टेबर ने दिखाया कि फ्रॉस्ट हीविंग में मिट्टी का ऊर्ध्वाधर विस्थापन दाढ़ की मात्रा के विस्तार के कारण उससे काफी अधिक हो सकता है। टेबर ने प्रदर्शित किया कि तरल पानी मिट्टी के भीतर फ्रीज लाइन की ओर जाता है। उन्होंने दिखाया कि बेंजीन जैसे अन्य तरल पदार्थ, जो जमने पर सिकुड़ जाते हैं, भी पाला पैदा करते हैं। यह जमने वाली मिट्टी के ऊर्ध्वाधर विस्थापन के लिए प्रमुख तंत्र के रूप में मोलर आयतन परिवर्तन को बाहर करता है। उनके प्रयोगों ने आगे मिट्टी के स्तंभों के अंदर बर्फ के लेंस के विकास का प्रदर्शन किया जो केवल ऊपरी सतह को ठंडा करके जमे हुए थे, जिससे एक तापमान प्रवणता स्थापित हुई। बर्फ के लेंसों का विकास हिम हीविंग में मिट्टी के विस्थापन का प्रमुख कारण बर्फ के लेंसों का विकास है। फ्रॉस्ट हीव के दौरान, एक या अधिक मिट्टी-मुक्त बर्फ के लेंस उगते हैं, और उनकी वृद्धि उनके ऊपर की मिट्टी को विस्थापित कर देती है। ये लेंस एक भूजल स्रोत से पानी के निरंतर जोड़ से बढ़ते हैं जो मिट्टी में कम और मिट्टी में हिमांक रेखा के नीचे होता है। एक छिद्र संरचना के साथ पाला-संवेदनशील मिट्टी की उपस्थिति जो केशिका प्रवाह की अनुमति देती है, बर्फ के लेंसों को पानी की आपूर्ति के लिए आवश्यक है क्योंकि वे बनते हैं। छिद्रों में तरल पदार्थों के सीमित होने के गिब्स-थॉमसन प्रभाव के कारण, मिट्टी में पानी पानी के थोक हिमांक बिंदु से नीचे के तापमान पर तरल रह सकता है। बहुत महीन छिद्रों में बहुत अधिक वक्रता होती है, और इसके परिणामस्वरूप तरल चरण ऐसे माध्यमों में तापमान पर थर्मोडायनामिक रूप से स्थिर होता है जो कभी-कभी तरल के थोक हिमांक बिंदु से कई दस डिग्री नीचे होता है। यह प्रभाव पानी को मिट्टी के माध्यम से बर्फ के लेंस की ओर जाने देता है, जिससे लेंस बढ़ता है। एक अन्य जल-परिवहन प्रभाव बर्फ के लेंस की सतह पर और बर्फ और मिट्टी के कणों के बीच तरल पानी की कुछ आणविक परतों का संरक्षण है। फैराडे ने 1860 में पूर्व-पिघले हुए पानी की जमे हुए परत के बारे में बताया। बर्फ अपने स्वयं के वाष्प के खिलाफ और सिलिका के संपर्क में आती है। सूक्ष्म पैमाने की प्रक्रियाएँ वही अंतर-आणविक बल जो सतहों पर पूर्व-पिघलने का कारण बनते हैं, बर्फ के लेंस बनाने के निचले हिस्से में कण पैमाने पर पाला हीविंग में योगदान करते हैं। जब बर्फ एक महीन मिट्टी के कण को घेर लेती है क्योंकि यह पहले से पिघलता है, तो कण को घेरने वाली पानी की पतली परत के पिघलने और फिर से जमने के कारण मिट्टी का कण थर्मल ढाल के भीतर गर्म दिशा की ओर नीचे की ओर विस्थापित हो जाएगा। इस तरह की परत की मोटाई तापमान पर निर्भर करती है और कण के ठंडे हिस्से पर पतली होती है। अत्यधिक शीतित तरल अवस्था की तुलना में भारी बर्फ में पानी में कम ऊष्मागतिकी मुक्त ऊर्जा होती है। इसलिए, कण के गर्म पक्ष से ठंडे पक्ष की ओर बहने वाले पानी की निरंतर भरपाई होती है, और गर्म पक्ष पर मोटी परत को फिर से स्थापित करने के लिए लगातार पिघलती रहती है। यह कण एक प्रक्रिया में गर्म मिट्टी की ओर नीचे की ओर जाता है जिसे फैराडे "थर्मल रीजेलेशन" कहते हैं। यह प्रभाव बर्फ के लेंस को शुद्ध करता है क्योंकि वे महीन मिट्टी के कणों को पीछे हटाकर बनते हैं। इस प्रकार प्रत्येक माइक्रोमीटर आकार के मिट्टी के कण के चारों ओर जमे हुए पानी की 10-नैनोमीटर की फिल्म इसे 1 डिग्री सेल्सियस मीटर-1 के रूप में कम तापीय ढाल में 10 माइक्रोमीटर/दिन स्थानांतरित कर सकती है। जैसे-जैसे बर्फ के लेंस बढ़ते हैं, वे मिट्टी को ऊपर उठाते हैं, और केशिका क्रिया के माध्यम से बर्फ के लेंस के जमने वाले चेहरे पर पानी खींचते हुए नीचे मिट्टी के कणों को अलग करते हैं। फ्रॉस्ट-संवेदनशील मिट्टी फ्रॉस्ट हीविंग के लिए एक फ्रॉस्ट-संवेदनशील मिट्टी, नीचे पानी की निरंतर आपूर्ति (एक जल स्तर) और जमने वाले तापमान की आवश्यकता होती है, जो मिट्टी में प्रवेश करती है। फ्रॉस्ट-संवेदनशील मिट्टी वे हैं जिनमें कणों और कण सतह क्षेत्र के बीच छिद्र आकार होते हैं जो केशिका प्रवाह को बढ़ावा देते हैं। गारे और दोमट मिट्टी के प्रकार, जिनमें महीन कण होते हैं, हिम-संवेदनशील मिट्टी के उदाहरण हैं। यदि 10 प्रतिशत या उससे अधिक घटक कण एक 0.075 मिमी (नहीं) से गुजरते हैं तो कई एजेंसियां सामग्री को पाला अतिसंवेदनशील के रूप में वर्गीकृत करती हैं। 200) छलनी या 3 प्रतिशत या उससे अधिक 0.02 मिमी (सं. 635) छलनी। चेम्बरलेन ने पाला संवेदनशीलता को मापने के लिए अन्य, अधिक प्रत्यक्ष तरीकों की सूचना दी। इस तरह के शोध के आधार पर, मिट्टी के लिए एक स्थापित वर्गीकरण प्रणाली में मूल्यों के साथ हीव दर और पिघल असर अनुपात की तुलना करके फुटपाथ प्रणालियों में उपयोग की जाने वाली मिट्टी की सापेक्ष पाला और पिघलने की कमजोर संवेदनशीलता को निर्धारित करने के लिए मानक परीक्षण मौजूद हैं, जहां पाला-संवेदनशीलता अनिश्चित है। गैर-फ्रॉस्ट-संवेदनशील मिट्टी जल प्रवाह (कम हाइड्रोलिक चालकता) को बढ़ावा देने के लिए बहुत घनी हो सकती है या केशिका प्रवाह को बढ़ावा देने के लिए छिद्रता में बहुत खुली हो सकती है। उदाहरणों में एक छोटे छिद्र आकार के साथ घनी मिट्टी और इसलिए कम हाइड्रोलिक चालकता और साफ रेत और बजरी शामिल हैं, जिनमें कम मात्रा में महीन कण होते हैं और जिनके छिद्र आकार केशिका प्रवाह को बढ़ावा देने के लिए बहुत खुले होते हैं। फ्रॉस्ट हीविंग फ्रॉस्ट हीविंग द्वारा बनाए गए भू-रूप विभिन्न ज्यामिति में उभरे हुए मिट्टी के भू-रूप बनाते हैं, जिनमें वृत्त, बहुभुज और धारियाँ शामिल हैं, जिन्हें मिट्टी में पाल्सा के रूप में वर्णित किया जा सकता है जो कार्बनिक पदार्थों से समृद्ध हैं, जैसे कि पीट, या अधिक खनिज-समृद्ध मिट्टी में लिथाल्सा। स्वालबार्ड के द्वीपसमूह पर पाए जाने वाले पथरीले लिथाल्सा (भारी टीले) एक उदाहरण हैं। फ्रॉस्ट हीव्स अल्पाइन क्षेत्रों में होते हैं, यहां तक कि भूमध्य रेखा के पास भी, जैसा कि माउंट केन्या पर पाल्सा द्वारा चित्रित किया गया है। आर्कटिक पर्माफ्रॉस्ट क्षेत्रों में, सैकड़ों वर्षों में एक संबंधित प्रकार की ग्राउंड हीविंग संरचनाओं का निर्माण कर सकती है, जो 60 मीटर तक ऊँची होती हैं, जिन्हें पिंगोस के रूप में जाना जाता है, जो केशिका क्रिया के बजाय भूजल के ऊपर उठने से पोषित होती हैं, जो फ्रॉस्ट हीव्स के विकास को पोषित करती हैं। क्रायोजेनिक अर्थ हममॉक्स दानेदार संवहन के परिणामस्वरूप एक छोटा सा गठन है जो मौसमी रूप से जमी हुई जमीन में दिखाई देता है और इसके कई अलग-अलग नाम हैं; उत्तरी अमेरिका में वे अर्थ हममॉक्स हैं; ग्रीनलैंड और आइसलैंड में थ्यूफर; और फेनोस्कैंडिया में पौनस। मार्स ग्लोबल सर्वेयर पर मार्स ऑर्बिटर कैमरा (एम. ओ. सी.) और मार्स रिकनैसैंस ऑर्बिटर पर हाई. आर. आई. एस. ई. कैमरे द्वारा मंगल ग्रह के निकट-ध्रुवीय क्षेत्रों में स्पष्ट रूप से पाले के कारण होने वाले बहुभुज रूपों को देखा गया है। मई 2008 में मार्स फीनिक्स लैंडर ने इस तरह के बहुभुज हिम-भारी परिदृश्य को छुआ और जल्दी से सतह के नीचे कुछ सेंटीमीटर बर्फ की खोज की। प्रशीतित इमारतों में शीत-भंडारण इमारतें और बर्फ के रिंक जो उप-हिमांक तापमान पर बनाए रखे जाते हैं, वे अपनी नींव के नीचे की मिट्टी को दसियों मीटर की गहराई तक जमा कर सकते हैं। मौसमी रूप से जमी हुई इमारतें, जैसे कुछ बर्फ के रिंक, मिट्टी को पिघलने और इमारत के अंदरूनी हिस्से के गर्म होने पर ठीक होने की अनुमति दे सकते हैं। यदि एक प्रशीतित इमारत की नींव को हिमांक-संवेदनशील मिट्टी पर रखा जाता है, जिसमें हिमांक के सामने की पहुंच के भीतर पानी की सतह होती है, तो ऐसी संरचनाओं के फर्श प्रकृति में पाए जाने वाले समान तंत्रों के कारण ऊँचे हो सकते हैं। इस तरह की संरचनाओं को अलग-अलग या एक साथ कई रणनीतियों को नियोजित करके ऐसी समस्याओं से बचने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। रणनीतियों में नींव के नीचे गैर-फ्रॉस्ट-संवेदनशील मिट्टी को रखना, फ्रीजिंग फ्रंट के प्रवेश को कम करने के लिए इन्सुलेशन जोड़ना और इमारत के नीचे की मिट्टी को जमने से बचाने के लिए पर्याप्त रूप से गर्म करना शामिल है। मौसमी रूप से संचालित बर्फ के रिंक बर्फ के तापमान को बढ़ाकर उपसतह के जमने की दर को कम कर सकते हैं। क्रायोटर्बेशन फ्रॉस्ट लॉ फ्रॉस्ट वेदरिंग आइस जैकिंग पाल्सा फुटनोट्स संदर्भ आगे पढ़ने के लिए निर्माण दोष जियोमोर्फोलॉजी ग्लेशियोलॉजी ग्राउंड फ्रीजिंग पैटर्न मिट्टी यांत्रिकी फ्रॉस्ट और राइम