Frost heaving
فراسٹ ہیوینگ (یا فراسٹ ہیوینگ) منجمد حالات کے دوران مٹی کی اوپر کی طرف سوجن ہے جو برف کی بڑھتی ہوئی موجودگی کی وجہ سے ہوتی ہے کیونکہ یہ سطح کی طرف بڑھتی ہے، مٹی کی گہرائی سے اوپر کی طرف جہاں منجمد درجہ حرارت مٹی میں گھس گیا ہے (منجمد فرنٹ یا منجمد حد)۔ برف کی نشوونما کے لیے پانی کی فراہمی کی ضرورت ہوتی ہے جو بعض مٹی میں کیپلری ایکشن کے ذریعے منجمد محاذ تک پانی پہنچاتی ہے۔ اوپر والی مٹی کا وزن برف کی عمودی نشوونما کو روکتا ہے اور مٹی کے اندر برف کے لینس کی شکل کے علاقوں کی تشکیل کو فروغ دے سکتا ہے۔ پھر بھی ایک یا زیادہ بڑھتے ہوئے آئس لینس کی طاقت مٹی کی ایک پرت کو اٹھانے کے لیے کافی ہے، جتنی زیادہ یا اس سے زیادہ۔ وہ مٹی جس کے ذریعے پانی آئس لینس کی تشکیل کو کھانا کھلانے کے لیے گزرتا ہے، کیپلری ایکشن کی اجازت دینے کے لیے کافی سوراخ دار ہونی چاہیے، لیکن اتنی سوراخ دار نہیں ہونی چاہیے کہ کیپلری تسلسل کو توڑ سکے۔ اس طرح کی مٹی کو "ٹھنڈ کے لیے حساس" کہا جاتا ہے۔ آئس لینس کی نشوونما مسلسل منجمد محاذ پر بڑھتے ہوئے پانی کو استعمال کرتی ہے۔ متفرق ٹھنڈ کی گرمی سڑک کی سطحوں کو توڑ سکتی ہے-جو موسم بہار میں گڑھوں کی تشکیل میں معاون ہے-اور عمارت کی بنیادوں کو نقصان پہنچا سکتی ہے۔ میکانکی طور پر ریفریجریٹڈ کولڈ اسٹوریج عمارتوں اور آئس رنکس میں فراسٹ ہیوز ہو سکتے ہیں۔ سوئی کی برف بنیادی طور پر ٹھنڈ کی گرمی ہے جو منجمد موسم کے آغاز میں ہوتی ہے، اس سے پہلے کہ منجمد فرنٹ مٹی میں بہت دور گھس جائے اور ٹھنڈ کی گرمی کے طور پر اٹھانے کے لیے مٹی پر زیادہ بوجھ نہ ہو۔ میکانزم فراسٹ ہیوینگ اربن ہجرن کی تاریخی تفہیم نے 1694 میں مٹی میں فراسٹ کے اثرات کو بیان کیا۔ 1930 تک، یونیورسٹی آف ساؤتھ کیرولائنا میں شعبہ ارضیات کے سربراہ، اسٹیفن ٹیبر نے اس مفروضے کو مسترد کر دیا تھا کہ سب زیرو درجہ حرارت کے آغاز سے پہلے ہی مٹی میں موجود پانی کے منجمد ہونے کے ساتھ مولر حجم میں توسیع کے نتیجے میں ٹھنڈ کا اخراج ہوتا ہے، یعنی۔ مٹی کے اندر پانی کی نقل مکانی سے بہت کم تعاون کے ساتھ۔ چونکہ پانی کا مولر حجم اپنے بلک منجمد ہونے کے مقام پر پانی سے برف میں مرحلے کو تبدیل کرتے ہوئے تقریبا 9 فیصد بڑھ جاتا ہے، اس لیے مولر حجم کی توسیع کی وجہ سے 9 فیصد زیادہ سے زیادہ توسیع ممکن ہوگی، اور تب بھی صرف اس صورت میں جب برف کو مٹی میں سختی سے محدود کیا جائے تاکہ پورے حجم کی توسیع عمودی طور پر ہو۔ مرکبات میں برف غیر معمولی ہے کیونکہ یہ اپنی مائع حالت، پانی سے مولر کے حجم میں بڑھ جاتی ہے۔ جب فیز مائع سے ٹھوس میں تبدیل ہوتا ہے تو زیادہ تر مرکبات حجم میں کم ہو جاتے ہیں۔ ٹیبر نے دکھایا کہ مولر کے حجم میں توسیع کی وجہ سے ٹھنڈ کی گرمی میں مٹی کی عمودی نقل مکانی اس سے نمایاں طور پر زیادہ ہو سکتی ہے۔ ٹیبر نے دکھایا کہ مائع پانی مٹی کے اندر منجمد لکیر کی طرف منتقل ہوتا ہے۔ انہوں نے دکھایا کہ دیگر مائع، جیسے بینزین، جو منجمد ہونے پر سکڑ جاتا ہے، بھی ٹھنڈ پیدا کرتا ہے۔ اس نے منجمد مٹی کی عمودی نقل مکانی کے لیے غالب طریقہ کار کے طور پر مولر حجم میں تبدیلیوں کو خارج کر دیا۔ ان کے تجربات نے مٹی کے کالموں کے اندر آئس لینس کی نشوونما کا مزید مظاہرہ کیا جو صرف اوپری سطح کو ٹھنڈا کرکے منجمد کیے گئے تھے، اس طرح درجہ حرارت کا میلان قائم ہوا۔ برف کے لینس کی نشوونما برف کے لینس کی نشوونما، ٹھنڈک کی گرمی میں مٹی کی نقل مکانی کی غالب وجہ ہے۔ ٹھنڈ کے دوران، ایک یا زیادہ مٹی سے پاک آئس لینس بڑھتے ہیں، اور ان کی نشوونما ان کے اوپر کی مٹی کو بے گھر کر دیتی ہے۔ یہ لینس زمینی پانی کے منبع سے پانی کے مسلسل اضافے سے بڑھتے ہیں جو مٹی میں کم اور مٹی میں منجمد لکیر سے نیچے ہوتا ہے۔ برف کے لینس کی تشکیل کے ساتھ ساتھ پانی کی فراہمی کے لیے ایک سوراخ کی ساخت کے ساتھ ٹھنڈ سے بچنے والی مٹی کی موجودگی ضروری ہے جو کیپلری کے بہاؤ کی اجازت دیتی ہے۔ سوراخوں میں مائعوں کی قید کے گبز-تھامسن اثر کی وجہ سے، مٹی میں پانی ایسے درجہ حرارت پر مائع رہ سکتا ہے جو پانی کے بلک منجمد ہونے کے مقام سے نیچے ہو۔ بہت باریک سوراخوں میں بہت زیادہ منحنی پن ہوتا ہے، اور اس کے نتیجے میں مائع کا مرحلہ درجہ حرارت پر اس طرح کے میڈیا میں تھرموڈینامک طور پر مستحکم ہوتا ہے بعض اوقات مائع کے بلک منجمد نقطہ سے کئی دس ڈگری نیچے ہوتا ہے۔ یہ اثر پانی کو مٹی کے ذریعے برف کے عینک کی طرف بڑھنے دیتا ہے، جس سے عینک کو بڑھنے کا موقع ملتا ہے۔ پانی کی نقل و حمل کا ایک اور اثر برف کے عینک کی سطح پر، اور برف اور مٹی کے ذرات کے درمیان مائع پانی کی چند سالماتی تہوں کا تحفظ ہے۔ فیراڈے نے 1860 میں قبل از وقت پانی کی غیر منجمد پرت کے بارے میں اطلاع دی۔ برف اپنے ہی بخارات کے خلاف اور سلیکا کے ساتھ رابطے میں ہوتی ہے۔ مائیکرو پیمانے کے عمل وہی بین سالماتی قوتیں جو سطحوں پر قبل از وقت ہونے کا سبب بنتی ہیں، بننے والے آئس لینس کے نچلے حصے میں ذرہ پیمانے پر ٹھنڈ کو بھرنے میں معاون ہوتی ہیں۔ جب برف کسی باریک مٹی کے ذرہ کو گھیرے ہوئے ہوتی ہے جب یہ پہلے سے پگھلتا ہے، تو مٹی کا ذرہ تھرمل میلان کے اندر گرم سمت کی طرف نیچے کی طرف ہٹ جائے گا جس کی وجہ ذرے کو گھیرے ہوئے پانی کی پتلی فلم کے پگھلنے اور دوبارہ منجمد ہونے کی وجہ سے ہے۔ اس طرح کی فلم کی موٹائی درجہ حرارت پر منحصر ہوتی ہے اور ذرہ کے ٹھنڈے حصے پر پتلی ہوتی ہے۔ پانی میں سپر کولڈ مائع حالت کے مقابلے میں بلک آئس میں کم تھرموڈینامک فری انرجی ہوتی ہے۔ لہذا، ذرے کی گرم طرف سے ٹھنڈی طرف بہنے والے پانی کی مسلسل بھرپائی ہوتی ہے، اور گرم طرف موٹی فلم کو دوبارہ قائم کرنے کے لیے مسلسل پگھلتا رہتا ہے۔ یہ ذرہ ایک ایسے عمل میں گرم مٹی کی طرف نیچے کی طرف منتقل ہوتا ہے جسے فیراڈے "تھرمل ریجیلیشن" کہتے ہیں۔ یہ اثر برف کے لینس کو صاف کرتا ہے کیونکہ وہ مٹی کے باریک ذرات کو پسپا کر کے بنتے ہیں۔ اس طرح ہر مائکرو میٹر سائز کے مٹی کے ذرہ کے ارد گرد غیر منجمد پانی کی 10 نینومیٹر کی فلم اسے 10 مائکرو میٹر/دن 1 ڈگری سینٹی گریڈ-1 کے تھرمل میلان میں منتقل کر سکتی ہے۔ جیسے جیسے آئس لینس بڑھتے ہیں، وہ مٹی کو اوپر اٹھاتے ہیں، اور نیچے مٹی کے ذرات کو الگ کرتے ہیں، جبکہ کیپلری ایکشن کے ذریعے آئس لینس کے منجمد چہرے پر پانی کھینچتے ہیں۔ فراسٹ ہیونگ کے لیے ٹھنڈ سے بچنے والی مٹی، نیچے پانی کی مسلسل فراہمی (پانی کی میز) اور منجمد درجہ حرارت کی ضرورت ہوتی ہے، جو مٹی میں گھس جاتی ہے۔ فراسٹ سے بچنے والی مٹی وہ ہوتی ہے جس میں ذرات اور ذرہ سطح کے رقبے کے درمیان سوراخ کے سائز ہوتے ہیں جو کیپلری کے بہاؤ کو فروغ دیتے ہیں۔ سلٹی اور چکنی مٹی کی اقسام، جن میں باریک ذرات ہوتے ہیں، ٹھنڈ سے بچنے والی مٹی کی مثالیں ہیں۔ بہت سی ایجنسیاں مواد کو ٹھنڈ کے حساس ہونے کے طور پر درجہ بندی کرتی ہیں اگر 10 فیصد یا اس سے زیادہ جزو ذرات 0.075 ملی میٹر (نمبر۔ 200) چھلنی یا 3 فیصد یا اس سے زیادہ 0.02 ملی میٹر (نمبر۔ 635) چھلنی کریں۔ چیمبرلین نے ٹھنڈ کی حساسیت کی پیمائش کے لیے دیگر، زیادہ براہ راست طریقوں کی اطلاع دی۔ اس طرح کی تحقیق کی بنیاد پر، معیاری ٹیسٹ موجود ہیں جو فٹ پاتھ کے نظام میں استعمال ہونے والی مٹی کی نسبتا ٹھنڈ اور پگھلنے کی کمزور حساسیت کا تعین کرنے کے لیے مٹی کے لیے ایک قائم درجہ بندی کے نظام میں اقدار کے ساتھ ہیوی ریٹ اور پگھلے ہوئے اثر کے تناسب کا موازنہ کرتے ہیں جہاں ٹھنڈ کی حساسیت غیر یقینی ہے۔ غیر فراسٹ-حساس مٹی پانی کے بہاؤ کو فروغ دینے کے لیے بہت گھنے ہو سکتی ہے (کم ہائیڈرولک چالکتا) یا کیپلری بہاؤ کو فروغ دینے کے لیے سوراخ میں بہت کھلی ہو سکتی ہے۔ مثالوں میں ایک چھوٹے سوراخ کے سائز کے ساتھ گھنے مٹی اور اس وجہ سے کم ہائیڈرولک چالکتا اور صاف ریت اور بجری شامل ہیں، جن میں باریک ذرات کی تھوڑی مقدار ہوتی ہے اور جن کے سوراخ کے سائز کیپلیری بہاؤ کو فروغ دینے کے لیے بہت کھلے ہوتے ہیں۔ فراسٹ ہیونگ سے پیدا ہونے والی زمینی شکلیں مختلف جیومیٹریز میں بلند مٹی کی زمینی شکلیں پیدا کرتی ہیں، جن میں حلقے، کثیر الاضحی اور دھاریاں شامل ہیں، جنہیں مٹی میں پالسا کے طور پر بیان کیا جا سکتا ہے جو نامیاتی مادے سے بھرپور ہوتے ہیں، جیسے کہ پیٹ، یا زیادہ معدنیات سے بھرپور مٹی میں لتھالسا۔ سوالبارڈ کے جزائر پر پائے جانے والے پتھریلی لیتھلسا (بھاری ٹیلے) ایک مثال ہیں۔ برفانی تودے الپائن کے علاقوں میں پائے جاتے ہیں، یہاں تک کہ خط استوا کے قریب بھی، جیسا کہ ماؤنٹ کینیا پر پالسا سے ظاہر ہوتا ہے۔ آرکٹک پرما فراسٹ کے علاقوں میں، سینکڑوں سالوں میں ایک متعلقہ قسم کی گراؤنڈ ہیوونگ 60 میٹر تک اونچی ڈھانچے تشکیل دے سکتی ہے، جسے پنگوس کہا جاتا ہے، جو زمینی پانی کے اوپر اٹھنے سے کھلایا جاتا ہے، بجائے کیپلری ایکشن کے جو فراسٹ ہیوز کی نشوونما کو کھلاتا ہے۔ کریوجینک ارتھ ہمماکس ایک چھوٹی سی تشکیل ہے جو دانے دار संवहन کے نتیجے میں ہوتی ہے جو موسمی طور پر منجمد زمین میں ظاہر ہوتی ہے اور اس کے بہت سے مختلف نام ہیں۔ شمالی امریکہ میں وہ ارتھ ہمماکس ہیں۔ گرین لینڈ اور آئس لینڈ میں تھوفور ؛ اور فینوسکینڈیا میں پاونس۔ مارس گلوبل سروےر پر سوار مارس آربیٹر کیمرا (ایم او سی) اور مارس ریکونیسنس آربیٹر پر ہائی آر آئی ایس ای کیمرے کے ذریعے مریخ کے قریب قطبی علاقوں میں بظاہر ٹھنڈ کی وجہ سے ہونے والی کثیر الاضحی شکلوں کا مشاہدہ کیا گیا ہے۔ مئی 2008 میں مارس فینکس لینڈر نے اس طرح کے کثیر الجہتی برف سے بھرے زمین کی تزئین کو چھو لیا اور جلد ہی سطح سے چند سینٹی میٹر نیچے برف کو دریافت کیا۔ ریفریجریٹڈ عمارتوں میں کولڈ اسٹوریج عمارتیں اور آئس رنک جو ذیلی منجمد درجہ حرارت پر برقرار رکھے جاتے ہیں وہ اپنی بنیادوں کے نیچے کی مٹی کو دسیوں میٹر کی گہرائی تک منجمد کر سکتے ہیں۔ موسمی طور پر منجمد عمارتیں، جیسے۔ کچھ برف کے رنک، عمارت کے اندرونی حصے کے گرم ہونے پر مٹی کو پگھلنے اور بحال ہونے کی اجازت دے سکتے ہیں۔ اگر ریفریجریٹڈ عمارت کی بنیاد ٹھنڈے سامنے کی پہنچ کے اندر پانی کی میز کے ساتھ ٹھنڈک سے بچنے والی مٹی پر رکھی جاتی ہے، تو اس طرح کے ڈھانچوں کے فرش فطرت میں پائے جانے والے میکانزم کی وجہ سے بھاری ہو سکتے ہیں۔ اس طرح کے ڈھانچے کو الگ سے یا مل کر کئی حکمت عملیوں کو استعمال کرکے اس طرح کے مسائل سے بچنے کے لیے ڈیزائن کیا جا سکتا ہے۔ ان حکمت عملیوں میں فاؤنڈیشن کے نیچے غیر منجمد-حساس مٹی کو رکھنا، منجمد محاذ کے دخول کو کم کرنے کے لیے موصلیت کا اضافہ کرنا، اور عمارت کے نیچے کی مٹی کو کافی حد تک گرم کرنا شامل ہے تاکہ اسے منجمد ہونے سے بچایا جا سکے۔ موسمی طور پر چلائے جانے والے آئس رنکس برف کے درجہ حرارت کو بڑھا کر زیر زمین منجمد ہونے کی شرح کو کم کر سکتے ہیں۔ مزید پڑھیں بلڈنگ نقائص جیومورفولوجی گلیشیالوجی گراؤنڈ منجمد پیٹرنڈ گراؤنڈز مٹی میکانکس فراسٹ اور چونے