Frost heaving
உறைபனி உறைதல் (அல்லது உறைபனி உறைதல்) என்பது உறைபனி நிலைகளின் போது மண் மேற்பரப்பை நோக்கி வளரும்போது, உறைபனி வெப்பநிலை மண்ணுக்குள் ஊடுருவிய மண்ணின் ஆழத்திலிருந்து மேல்நோக்கி வளர்வதால் ஏற்படும் மேல்நோக்கிய வீக்கம் ஆகும் (உறைபனி முன் அல்லது உறைபனி எல்லை). பனிக்கட்டி வளர்ச்சிக்கு ஒரு நீர் வழங்கல் தேவைப்படுகிறது, இது சில மண்ணில் கேபில்லரி நடவடிக்கை மூலம் உறைபனி முன்புறத்திற்கு தண்ணீரை வழங்குகிறது. மேற்புற மண்ணின் எடை பனியின் செங்குத்து வளர்ச்சியைத் தடுக்கிறது மற்றும் மண்ணுக்குள் லென்ஸ் வடிவ பனிப் பகுதிகளை உருவாக்க ஊக்குவிக்கும். ஆயினும்கூட, ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட வளர்ந்து வரும் ஐஸ் லென்ஸ்களின் சக்தி மண்ணின் ஒரு அடுக்கை உயர்த்துவதற்கு போதுமானது, எவ்வளவு அல்லது அதற்கு மேற்பட்டது. ஐஸ் லென்ஸ்கள் உருவாவதற்கு நீர் செல்லும் மண் கேபில்லரி செயல்பாட்டை அனுமதிக்க போதுமான நுண்ணியதாக இருக்க வேண்டும், ஆனால் கேபில்லரி தொடர்ச்சியை உடைக்கும் அளவுக்கு நுண்ணியதாக இருக்கக்கூடாது. அத்தகைய மண் "உறைபனி பாதிக்கப்படக்கூடியது" என்று குறிப்பிடப்படுகிறது. ஐஸ் லென்ஸ்களின் வளர்ச்சி தொடர்ந்து உறைபனி முன்புறத்தில் உயரும் நீரைப் பயன்படுத்துகிறது. வேறுபட்ட உறைபனி வெப்பமயமாதல் சாலை மேற்பரப்புகளை உடைக்கலாம்-வசந்த காலத்தில் குழிகள் உருவாவதற்கு பங்களிக்கும்-மற்றும் கட்டிட அடித்தளங்களை சேதப்படுத்தும். இயந்திர ரீதியாக குளிரூட்டப்பட்ட குளிர் சேமிப்பு கட்டிடங்கள் மற்றும் பனி வளையங்களில் உறைபனி உறைகள் ஏற்படலாம். ஊசி பனி என்பது அடிப்படையில் உறைபனி பருவத்தின் தொடக்கத்தில் நிகழ்கிறது, உறைபனி முன்புறம் மண்ணில் வெகு தொலைவில் ஊடுருவுவதற்கு முன்பு மற்றும் உறைபனி உறையாக உயர்த்துவதற்கு மண் அதிக சுமை இல்லை. பொறிமுறைகள் பனிப்பொழிவு பற்றிய வரலாற்று புரிதல் நகர்ப்புற ஹார்ன் 1694 இல் மண்ணில் பனி விளைவுகளை விவரித்தார். 1930 வாக்கில், தென் கரோலினா பல்கலைக்கழகத்தின் புவியியல் துறையின் தலைவரான ஸ்டீபன் டேபர், பூஜ்ஜியத்திற்குக் குறைவான வெப்பநிலை தொடங்குவதற்கு முன்பே மண்ணில் ஏற்கனவே இருந்த தண்ணீரை உறைய வைப்பதன் மூலம் மோலார் அளவு விரிவாக்கத்தின் விளைவாக உறைபனி வெப்பமடைதல் ஏற்படுகிறது என்ற கருதுகோளை மறுத்தார். மண்ணுக்குள் நீர் இடம்பெயர்வதிலிருந்து சிறிய பங்களிப்புடன். தண்ணீரின் மோலார் அளவு அதன் மொத்த உறைநிலை புள்ளியில் தண்ணீரிலிருந்து பனிக்கட்டிக்கு மாறும்போது சுமார் 9 சதவீதம் விரிவடைவதால், மோலார் அளவு விரிவாக்கத்தின் காரணமாக 9 சதவீதம் அதிகபட்ச விரிவாக்கமாக இருக்கும், அப்போதும் கூட பனிக்கட்டி நிலத்தில் பக்கவாட்டில் கடுமையாக கட்டுப்படுத்தப்பட்டால் மட்டுமே முழு அளவு விரிவாக்கமும் செங்குத்தாக நிகழ வேண்டும். பனிக்கட்டி அதன் திரவ நிலையான தண்ணீரிலிருந்து மோலார் அளவை அதிகரிப்பதால் சேர்மங்களில் இது அசாதாரணமானது. திரவத்திலிருந்து திடத்திற்கு கட்டத்தை மாற்றும்போது பெரும்பாலான சேர்மங்களின் அளவு குறைகிறது. மோலார் அளவு விரிவாக்கம் காரணமாக உறைபனி ஹீவிங்கில் மண்ணின் செங்குத்து இடப்பெயர்ச்சி கணிசமாக அதிகமாக இருக்கலாம் என்று டேபர் காட்டினார். திரவ நீர் மண்ணுக்குள் உறைபனி கோட்டை நோக்கி நகர்கிறது என்பதை டேபர் நிரூபித்தார். உறைந்திருக்கும் போது சுருங்கும் பென்சீன் போன்ற பிற திரவங்களும் உறைபனியை உருவாக்குகின்றன என்பதை அவர் காட்டினார். இது உறைபனி மண்ணின் செங்குத்து இடப்பெயர்ச்சிக்கான மேலாதிக்க பொறிமுறையாக மோலார் அளவு மாற்றங்களை விலக்கியது. அவரது சோதனைகள் மண்ணின் நெடுவரிசைகளுக்குள் பனி லென்ஸ்களின் வளர்ச்சியை மேலும் நிரூபித்தன, அவை மேல் மேற்பரப்பை மட்டுமே குளிர்விப்பதன் மூலம் உறைந்தன, இதன் மூலம் வெப்பநிலை சாய்வை நிறுவுகின்றன. ஐஸ் லென்ஸ்களின் வளர்ச்சி ஃப்ரோஸ்ட் ஹீவிங்கில் மண் இடப்பெயர்வுக்கு முக்கிய காரணம் ஐஸ் லென்ஸ்களின் வளர்ச்சியாகும். உறைபனி உறையும் போது, ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட மண் இல்லாத பனி லென்ஸ்கள் வளரும், மேலும் அவற்றின் வளர்ச்சி அவற்றுக்கு மேலே உள்ள மண்ணை இடமாற்றம் செய்கிறது. மண்ணில் குறைவான நிலத்தடி நீர் ஆதாரத்திலிருந்து தொடர்ந்து தண்ணீரைச் சேர்ப்பதன் மூலமும், மண்ணில் உறைபனி கோட்டிற்குக் கீழே இருப்பதன் மூலமும் இந்த லென்ஸ்கள் வளரும். பனிக்கட்டி லென்ஸ்கள் உருவாகும்போது அவற்றுக்கு தண்ணீரை வழங்குவதற்கு, கேபில்லரி ஓட்டத்தை அனுமதிக்கும் ஒரு துளை அமைப்புடன் உறைபனி-தடுக்கக்கூடிய மண் இருப்பது அவசியம். துளைகளில் திரவங்களை அடைத்து வைப்பதன் கிப்ஸ்-தாம்சன் விளைவு காரணமாக, மண்ணில் உள்ள நீர் நீரின் மொத்த உறைநிலைக்கு கீழே உள்ள வெப்பநிலையில் திரவமாக இருக்க முடியும். மிக நுண்ணிய துளைகள் மிக அதிக வளைவைக் கொண்டுள்ளன, இதன் விளைவாக திரவ கட்டம் அத்தகைய ஊடகங்களில் வெப்ப இயக்கவியல் ரீதியாக நிலையானதாக இருக்கும், சில நேரங்களில் வெப்பநிலையில் திரவத்தின் மொத்த உறைநிலைக்கு கீழே பல பத்து டிகிரி இருக்கும். இந்த விளைவு மண் வழியாக ஐஸ் லென்ஸை நோக்கி தண்ணீர் ஊடுருவி, லென்ஸ் வளர அனுமதிக்கிறது. மற்றொரு நீர்-போக்குவரத்து விளைவு பனி லென்ஸின் மேற்பரப்பில் மற்றும் பனி மற்றும் மண் துகள்களுக்கு இடையில் திரவ நீரின் சில மூலக்கூறு அடுக்குகளைப் பாதுகாப்பதாகும். ஃபாரடே 1860 ஆம் ஆண்டில் முன் உருகிய நீரின் உறையாத அடுக்கு குறித்து அறிக்கை அளித்தார். பனிக்கட்டி அதன் சொந்த நீராவிக்கு எதிராக முன்கூட்டியே உருகி, சிலிக்காவுடன் தொடர்பு கொள்கிறது. மைக்ரோ-ஸ்கேல் செயல்முறைகள் மேற்பரப்புகளில் முன் உருகலை ஏற்படுத்தும் அதே மூலக்கூறுகளுக்கிடையேயான சக்திகள் உருவாகும் ஐஸ் லென்ஸின் அடிப்பகுதியில் உள்ள துகள் அளவில் உறைபனி உறைதலுக்கு பங்களிக்கின்றன. பனி ஒரு நுண்ணிய மண் துகள் முன்கூட்டியே உருகும்போது அதைச் சுற்றி வரும்போது, துகள் சுற்றியுள்ள நீரின் மெல்லிய படலம் உருகி மீண்டும் உறையுவதால் மண்ணின் துகள் வெப்ப சாய்வுக்குள் சூடான திசையை நோக்கி கீழ்நோக்கி இடம்பெயரும். அத்தகைய படலத்தின் தடிமன் வெப்பநிலையைப் பொறுத்தது மற்றும் துகள்களின் குளிர்ந்த பக்கத்தில் மெல்லியதாக இருக்கும். சூப்பர் குளிரூட்டப்பட்ட திரவ நிலையில் இருப்பதை விட மொத்த பனியில் இருக்கும்போது நீர் குறைந்த வெப்ப இயக்கவியல் இலவச ஆற்றலைக் கொண்டுள்ளது. எனவே, துகள்களின் சூடான பக்கத்திலிருந்து குளிர்ந்த பக்கத்திற்கு பாயும் நீர் தொடர்ந்து நிரப்பப்பட்டு, சூடான பக்கத்தில் தடிமனான படலத்தை மீண்டும் நிறுவ தொடர்ந்து உருகுகிறது. ஃபாரடே "தெர்மல் ரீஜெலேஷன்" என்று அழைத்த ஒரு செயல்பாட்டில் துகள் வெப்பமான மண்ணை நோக்கி கீழ்நோக்கி நகர்கிறது. இந்த விளைவு நுண்ணிய மண் துகள்களை விரட்டுவதன் மூலம் பனி லென்ஸ்கள் உருவாகும்போது அவற்றை சுத்தப்படுத்துகிறது. எனவே ஒவ்வொரு மைக்ரோமீட்டர் அளவிலான மண் துகள்களைச் சுற்றியும் உறையாத நீரின் 10-நானோமீட்டர் படலம் அதை 1 டிகிரி செல்ஷியஸ் மீ−1 என்ற வெப்ப சாய்வில் ஒரு நாளைக்கு 10 மைக்ரோமீட்டர்கள் நகர்த்த முடியும். ஐஸ் லென்ஸ்கள் வளரும்போது, அவை மண்ணை மேலே தூக்கி, கீழே உள்ள மண் துகள்களைப் பிரிக்கின்றன, அதே நேரத்தில் கேபில்லரி செயல்பாட்டின் மூலம் ஐஸ் லென்ஸின் உறைபனி முகத்திற்கு தண்ணீரை இழுக்கின்றன. பனிப்பொழிவு-தடுக்கக்கூடிய மண் பனிப்பொழிவு ஹீவிங்கிற்கு பனிப்பொழிவு-தடுக்கக்கூடிய மண் தேவைப்படுகிறது, நிலையான நீர் வழங்கல் (ஒரு நீர் அட்டவணை) மற்றும் உறைபனி வெப்பநிலை, மண்ணில் ஊடுருவி. உறைபனி-தடுக்கக்கூடிய மண் என்பது துகள்கள் மற்றும் துகள் மேற்பரப்பு பகுதிக்கு இடையில் துளை அளவுகளைக் கொண்டவை, அவை கேபில்லரி ஓட்டத்தை ஊக்குவிக்கின்றன. நுண்ணிய துகள்களைக் கொண்ட வண்டல் மற்றும் களிமண் மண் வகைகள், உறைபனி-தடுக்கக்கூடிய மண்ணுக்கு எடுத்துக்காட்டுகளாகும். 10 சதவீதம் அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட உறுப்பு துகள்கள் ஒரு 0.075 மிமீ (எண். 200) சல்லடை அல்லது 3 சதவீதம் அல்லது அதற்கு மேற்பட்டது 0.02 மிமீ (எண். 635) சல்லடை. பனிப்பொழிவு ஏற்புத்திறனை அளவிடுவதற்கான பிற, மிகவும் நேரடி முறைகளை சேம்பர்லைன் தெரிவித்தார். இத்தகைய ஆராய்ச்சியின் அடிப்படையில், உறைபனி-ஏற்புத்திறன் நிச்சயமற்றதாக இருக்கும் மண்ணுக்கான ஒரு நிறுவப்பட்ட வகைப்பாட்டு அமைப்பில் உள்ள மதிப்புகளுடன் ஹீவ் விகிதம் மற்றும் கரைத்த தாங்கி விகிதத்தை ஒப்பிடுவதன் மூலம் நடைபாதை அமைப்புகளில் பயன்படுத்தப்படும் மண்ணின் உறவினர் உறைபனி மற்றும் உருகுதல் பலவீனமடைவதை தீர்மானிக்க நிலையான சோதனைகள் உள்ளன. உறைபனி-பாதிக்கப்படாத மண் நீர் ஓட்டத்தை (குறைந்த ஹைட்ராலிக் கடத்துத்திறன்) ஊக்குவிக்க மிகவும் அடர்த்தியாக இருக்கலாம் அல்லது கேபில்லரி ஓட்டத்தை ஊக்குவிக்க போரோசிட்டியில் மிகவும் திறந்திருக்கலாம். எடுத்துக்காட்டுகளில் சிறிய துளை அளவு கொண்ட அடர்த்தியான களிமண், எனவே குறைந்த ஹைட்ராலிக் கடத்துத்திறன் மற்றும் சுத்தமான மணல் மற்றும் சரளை ஆகியவை அடங்கும், அவை சிறிய அளவிலான நுண்ணிய துகள்களைக் கொண்டுள்ளன, மேலும் அவற்றின் துளை அளவுகள் கேபில்லரி ஓட்டத்தை ஊக்குவிக்க மிகவும் திறந்திருக்கும். உறைபனி உறையும் உறைபனி உறைகளால் உருவாக்கப்பட்ட நில வடிவங்கள் வட்டங்கள், பலகோணங்கள் மற்றும் கோடுகள் உட்பட பல்வேறு வடிவவியலில் உயர்த்தப்பட்ட மண் நில வடிவங்களை உருவாக்குகின்றன, அவை கனிமங்கள் நிறைந்த மண்ணில் கரி அல்லது லிதால்சா போன்ற கரிமப் பொருட்கள் நிறைந்த மண்ணில் உள்ள பால்ஸாக்கள் என்று விவரிக்கப்படலாம். ஸ்வால்பார்ட் தீவுக்கூட்டத்தில் காணப்படும் கல் லித்தால்சா (வான குன்றுகள்) ஒரு எடுத்துக்காட்டு. கென்யா மலையில் உள்ள பால்ஸாக்களால் விளக்கப்பட்டபடி, பூமத்திய ரேகைக்கு அருகிலும் கூட ஆல்பைன் பகுதிகளில் பனிப்பொழிவுகள் ஏற்படுகின்றன. ஆர்க்டிக் பெர்மாஃப்ரோஸ்ட் பகுதிகளில், நூற்றுக்கணக்கான ஆண்டுகளில் தொடர்புடைய வகை தரை ஹீவிங் 60 மீட்டர் உயரமுள்ள கட்டமைப்புகளை உருவாக்க முடியும், இது பிங்கோஸ் என்று அழைக்கப்படுகிறது, அவை உறைபனி உறைகளின் வளர்ச்சிக்கு ஊட்டமளிக்கும் கேபில்லரி செயலுக்கு பதிலாக நிலத்தடி நீரை உயர்த்துவதன் மூலம் ஊட்டப்படுகின்றன. கிரையோஜெனிக் எர்த் ஹம்மாக்ஸ் என்பது கிரானுலர் வெப்பச்சலனத்தின் விளைவாக உருவாகும் ஒரு சிறிய அமைப்பாகும், அவை பருவகால உறைந்த தரையில் தோன்றும் மற்றும் பல வெவ்வேறு பெயர்களைக் கொண்டுள்ளன; வட அமெரிக்காவில் அவை எர்த் ஹம்மாக்ஸ்; கிரீன்லாந்து மற்றும் ஐஸ்லாந்தில் துஃபர்; மற்றும் ஃபென்னோஸ்காண்டியாவில் பௌனஸ். மார்ஸ் குளோபல் சர்வேயர் கப்பலில் உள்ள மார்ஸ் ஆர்பிட்டர் கேமரா (எம்ஓசி) மற்றும் மார்ஸ் ரீகனைசன்ஸ் ஆர்பிட்டரில் உள்ள ஹைரைஸ் கேமரா மூலம் செவ்வாய் கிரகத்தின் துருவப் பகுதிகளுக்கு அருகிலுள்ள பகுதிகளில் பனிப்பொழிவால் ஏற்படும் பலகோண வடிவங்கள் காணப்படுகின்றன. மே 2008 இல் மார்ஸ் பீனிக்ஸ் லேண்டர் அத்தகைய பலகோண பனிப்பொழிவு நிலப்பரப்பைத் தொட்டு, மேற்பரப்புக்கு கீழே சில சென்டிமீட்டர்கள் பனிக்கட்டியை விரைவாகக் கண்டுபிடித்தது. குளிரூட்டப்பட்ட கட்டிடங்களில் குளிர்-சேமிப்பு கட்டிடங்கள் மற்றும் பனி வளையங்கள் துணை-உறைபனி வெப்பநிலையில் பராமரிக்கப்படுகின்றன, அவற்றின் அடித்தளங்களுக்குக் கீழே உள்ள மண்ணை பல்லாயிரக்கணக்கான மீட்டர் ஆழத்திற்கு உறைய வைக்கலாம். பருவகால உறைபனி கட்டிடங்கள், எ. கா. சில பனி வளையங்கள், கட்டிடத்தின் உட்புறம் சூடாக இருக்கும்போது மண்ணை உருக்கி மீட்க அனுமதிக்கலாம். ஒரு குளிரூட்டப்பட்ட கட்டிடத்தின் அடித்தளம் உறைபனி முன்புறத்தின் எல்லைக்குள் ஒரு நீர் அட்டவணையுடன் உறைபனி-தடுக்கக்கூடிய மண்ணில் வைக்கப்பட்டால், இயற்கையில் காணப்படும் அதே வழிமுறைகள் காரணமாக அத்தகைய கட்டமைப்புகளின் தரைகள் குவியலாம். இத்தகைய கட்டமைப்புகள் தனித்தனியாகவோ அல்லது ஒன்றோடொன்று இணைந்து பல உத்திகளைப் பயன்படுத்துவதன் மூலம் இதுபோன்ற சிக்கல்களைத் தவிர்க்கும் வகையில் வடிவமைக்கப்படலாம். அடித்தளத்தின் கீழ் உறைபனி-பாதிக்கப்படாத மண்ணை வைப்பது, உறைபனி முன்புறத்தின் ஊடுருவலைக் குறைக்க காப்பு சேர்ப்பது மற்றும் உறைபனியை தடுக்க கட்டிடத்தின் அடியில் உள்ள மண்ணை போதுமான அளவு சூடாக்குவது ஆகியவை உத்திகளில் அடங்கும். பருவகாலமாக இயக்கப்படும் பனி வளையங்கள் பனியின் வெப்பநிலையை உயர்த்துவதன் மூலம் மேற்பரப்பு உறைதல் விகிதத்தைத் தணிக்க முடியும். மேலும் காண்க கிரையோடர்பேஷன் ஃப்ரோஸ்ட் லா ஃப்ரோஸ்ட் வெதரிங் ஐஸ் ஜாக்கிங் பால்ஸா அடிக்குறிப்புகள் குறிப்புகள் மேலும் வாசிப்பு கட்டிடக் குறைபாடுகள் ஜியோமார்பாலஜி பனிப்பாறை தரை உறையும் வடிவங்கள் மண் இயக்கவியல் பனி மற்றும் சுண்ணாம்பு