Cunha de gelo
As cunhas de gelo (também cunhas de gelo ) estão localizadas no permafrost referido, formando colunas verticais (verticais) que são principalmente preenchidas com gelo. Elas são causadas pela contração térmica : em baixas temperaturas de inverno, o solo se contrai e se rasga em vários lugares. A geada pode se formar nas fendas , e neve e outros materiais também podem penetrar. Na primavera, as fendas ainda abertas também podem ser preenchidas com água do degelo das camadas de degelo próximas à superfície, que congela no solo frio e profundo. As fendas fecham novamente nos meses mais quentes do verão. Ao repetir este processo ciclicamente, as cunhas em forma de V aumentam. A largura das cunhas de gelo pode ser inferior a 10 centímetros e superior a três metros. Normalmente atingem uma profundidade de um a dez metros, mas também podem atingir 25 metros. As fendas não precisam necessariamente ser preenchidas com gelo, às vezes é uma mistura de gelo e entulho, às vezes só areia. Estes últimos também são conhecidos como "cunhas de areia".
Na superfície, geralmente há um padrão em forma de rede, os chamados polígonos de cunha de gelo , uma forma especial de piso com padrão de gelo . O diâmetro da célula desses polígonos é normalmente entre 10 e 40 metros; também existem os menores, com diâmetro de apenas um a três metros, e os maiores, com diâmetro de até 150 metros. Principalmente as formas triangulares a hexagonais são formadas no plano. Esses padrões podem ser encontrados não apenas na Terra, mas também na superfície de Marte , onde se suspeita de processos de formação semelhantes.
Dependendo da sequência cronológica dos processos de desenvolvimento do solo e das cunhas de gelo, uma distinção é feita entre três tipos diferentes: Cunhas de gelo epigenéticas se desenvolvem em um solo permafrost estável já existente, enquanto cunhas de gelo singênicas se desenvolvem simultaneamente com o solo que está ganhando espessura de material aluvial ou semelhante. A contrapartida deste último são as cunhas de gelo antissingênicas que se desenvolvem paralelamente à erosão do solo. As cunhas de gelo podem estar ativas e continuar a se desenvolver, ou inativas se nenhum desenvolvimento adicional for possível sob as atuais condições climáticas ou outras. Quando o gelo de cunhas de gelo anteriormente ativas derreteu e foi substituído por outro material, isso é conhecido como metamorfoses de cunha de gelo .
Forme e espalhe
As cunhas de gelo com seus impressionantes padrões poligonais são uma das manifestações mais características da paisagem periglacial . Após a segregação do gelo e do gelo poroso , forma a terceira maior fração de volume do gelo subterrâneo . Eles geralmente ocorrem em solos de sedimentos soltos rasos , mas também podem ser encontrados em subsolos rochosos ou encostas. No sedimento solto, o tamanho das células dos polígonos é tipicamente entre 15 e 40 metros, no subsolo rochoso eles são menores com um diâmetro de 5 a 15 metros. Planícies profundas de tundra mal drenadas com permafrost, como no norte do Canadá , no Alasca e nas planícies do norte da Sibéria, são particularmente adequadas para a formação de polígonos de gelo . Eles também são encontrados nas costas da Groenlândia e da Antártica , bem como nas ilhas árticas e nas montanhas do Tibete , mas não são tão comuns lá devido ao clima seco.
Nas áreas secas da Antártica e da Groenlândia, bem como nos desertos frios do norte do Canadá, existem formas cujas fendas são preenchidas com areia ou outro material em vez de gelo, as chamadas "cunhas de areia". Ventos fortes e secas extremas desempenham um papel importante aqui. Essas formas ativas devem ser distinguidas das metamorfoses em cunha de gelo inativas, nas quais a areia substituiu o gelo derretido. Existem também formas nas quais o material de enchimento consiste em uma mistura de gelo e outro material.
Os vales secos da Antártida representam uma área interessante para pesquisa Polígonos em forma de cunha de gelo: Por um lado, porque existem todos os tipos de material de enchimento nas várias zonas do microclima . Por outro lado, porque as condições ali são consideradas as mais semelhantes às de Marte na Terra. Isto é de particular interesse porque existem padrões poligonais correspondentes em Marte (ver estruturas poligonais em Marte ).
Emergência
A teoria agora geralmente aceita de que a contração térmica é a causa da formação de cunhas de gelo foi cientificamente elaborada na década de 1960 por Arthur Lachenbruch , que aponta que Ernest de Koven Leffingwell expressou claramente essa suposição no início do século 20 Has. Consequentemente, há uma analogia com a formação de rachaduras secas em solo lamacento, então a similaridade dos padrões poligonais resultantes não é coincidência.
Quando as temperaturas caem no inverno, as camadas superiores de resfriamento do solo “tentam” se contrair, mas são mantidas no lugar pelas camadas mais profundas e estáveis, onde dificilmente ocorrem flutuações anuais de temperatura. Se a tensão se tornar muito grande, rachaduras em forma de cunha aparecerão na superfície. Deve-se notar que o coeficiente de expansão térmica do gelo é de cinco a dez vezes o da maioria dos minerais - a proporção de gelo no solo congelado, portanto, desempenha um papel decisivo. As fendas se enchem de neve e outro material. Na primavera, as camadas mais profundas do solo significativamente mais frias evitam que as camadas próximas à superfície se expandam novamente e, portanto, a água derretida pode penetrar nas fendas ainda abertas e congelar. O material adicional provoca o típico abaulamento do piso quando se expande novamente nos meses de verão e as fendas se fecham. Costuma-se afirmar que o aumento de aproximadamente dez por cento no volume da água congelada é decisivo para esse processo. No entanto, esse efeito é uma ordem de magnitude menor do que a contração e expansão por meio das quais a fenda se abre e se fecha completamente - o que também fica evidente pelo fato de fendas preenchidas exclusivamente com areia terem formas semelhantes.
Inicialmente, as chamadas "veias de gelo" orientadas verticalmente são criadas desta forma. Esse processo se repete nos invernos seguintes e, como o enchimento predominantemente de gelo das fendas anteriores pode suportar menos tensão do que o solo congelado, ele se abre novamente nos mesmos lugares. Este último, entretanto, não é totalmente autoevidente se levarmos em consideração o solo degelo , a camada que cobre o solo congelado durante todo o ano e cobre as cunhas de gelo. Pelo menos no caso das fissuras iniciais, pode-se supor que surjam na superfície do solo, pois é aqui que o efeito de gelo é maior. Nos anos seguintes, entretanto, isso dificilmente poderá acontecer, porque não haveria nenhuma explicação de como as rachaduras na superfície poderiam "encontrar" as antigas fendas na área do permafrost abaixo. Supõe-se, portanto, que nos anos seguintes a rachadura será iniciada no limite superior da área do permafrost, embora isso esteja sujeito a flutuações de temperatura mais baixas do que a superfície. Outro efeito que fala contra a formação de fissuras, que acontece todos os anos, é que muitas vezes se formam sulcos sobre as fendas, que no inverno são preenchidas por uma camada isolante de neve. No entanto, a menor resistência ao rasgo do gelo em comparação com o solo congelado parece compensar essas "desvantagens".
Usando modelos numéricos, pode-se entender que as cunhas de gelo formam padrões poligonais, cuja forma e tamanho dependem principalmente da natureza do solo e das diferenças de temperatura. Mais decisivas do que as temperaturas médias, no entanto, são as quedas rápidas e irregulares na temperatura. Isso torna difícil tirar conclusões sobre os desenvolvimentos climáticos anteriores a partir da forma e do tamanho dos padrões.
Classificação
As fatias de gelo podem ser classificadas de várias maneiras. Por um lado, é feita uma distinção entre ativos e inativos. Você também pode diferenciar o material de enchimento, que pode ser gelo puro, mas também lama gelada ou areia. Outra distinção importante diferencia de acordo com a relação entre o crescimento do nível do solo e o das fatias de gelo. É feita uma distinção entre os seguintes tipos:
- Cunhas de gelo epigenéticas se formam e se desenvolvem em um solo permafrost já existente. Normalmente é plano e quase não há erosão ou sedimentação . Ao se abrir repetidamente e preencher a cunha, ele se torna mais largo com o tempo, mas dificilmente mais profundo.
- Cunhas de gelo singênicas crescem com o permafrost que sobe por meio da sedimentação. Eles normalmente se formam em planícies aluviais, abaixo de pântanos ou sob depósitos de geliflução no sopé de uma encosta. As cunhas de gelo singênicas tornam-se mais largas e mais altas, o que depende predominantemente da relação entre a taxa de crescimento do gelo e a sedimentação.
- Cunhas de gelo anti - singênicas , a contrapartida das singênicas , se formam em superfícies expostas à erosão severa. Eles crescem para baixo, a parte superior descongela, conforme o início da área de permafrost afunda conforme o nível do solo desce. O gelo mais antigo está, portanto, no topo, em contraste com as cunhas de gelo singênicas, onde a parte mais baixa da cunha de gelo é a mais antiga.
Cunhas de gelo inativas
As cunhas de gelo que não se quebram mais periodicamente e mudam dessa forma ficam inativas. Eles podem permanecer inalterados por séculos. Quando o permafrost descongela, estruturas termocársticas se formam inicialmente e a água se acumula no sistema de canais formado pelos polígonos de gelo. Dependendo da taxa de fluxo, as estruturas originais podem sofrer erosão severa e a formação de sistemas de tubos dentro das cunhas de gelo também ocorre com frequência.
Se o gelo descongelado em cunhas de gelo for substituído por outro material de enchimento, surgem pseudomorfoses em cunhas de gelo. Este processo de substituição pode ser gradual. No caso de moldes originalmente preenchidos com material diferente de gelo, o recheio original também pode ser mantido. Algumas dessas estruturas foram encontradas nas latitudes médias , são uma indicação do antigo permafrost . Em alguns casos, o padrão poligonal formando cunhas de gelo refletem na vegetação, por exemplo, na forma de marcas de corte em campos de milho. Normalmente, apenas estruturas relativamente jovens podem ser vistas do ar, uma vez que as mais antigas são cobertas por sedimentos. Desta forma, na Europa Ocidental e Central , pode-se inferir uma faixa de aproximadamente 200 a 300 quilômetros de largura na qual ocorreu o permafrost de longa duração durante o Pleistoceno ; na América do Norte, esta zona era significativamente mais estreita.
Determinação da idade e clima
As faixas de fatias de gelo crescidas uniformemente são uma reminiscência de anéis anuais. As bolhas de ar presas no gelo branco leitoso das cunhas de gelo sugerem que a análise de isótopos pode ser usada para tirar conclusões sobre as condições climáticas anteriores. No entanto, existem algumas complicações a serem consideradas ao usar polígonos de cunha de gelo como arquivos climáticos. Em primeiro lugar, é preciso saber se há crescimento epigenético, singênico ou antissingênico - é possível que seja diferente no período considerado. Existem outros efeitos perturbadores, por exemplo, forças de empuxo semelhantes a diafragma podem levar à deformação e derretimento periódico da parte superior.
Estruturas poligonais em Marte
Com as imagens de alta resolução do Mars Global Surveyor (MGS) e do Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), bem como as imagens feitas pela espaçonave Phoenix na área de pouso perto da região polar norte, há confirmações convincentes para as estruturas em Marte que correspondem às cunhas de gelo . Nessas áreas, gelo moído também foi detectado usando um espectrômetro de nêutrons . Alguns deles parecem ser cunhas de areia e parte do material de enchimento pode consistir em uma mistura de gelo e outro material. Não parece haver nenhuma cunha de gelo puro.
Os " polígonos de sublimação ", um subtipo de cunha de areia que também existem nos vales secos da Antártida , são considerados particularmente comuns . Eles podem surgir quando uma camada de gelo mais massivo - na qual há pelo menos gelo em excesso, o chamado gelo em excesso - é coberta por sedimentos ou entulhos. Nas fissuras de contração que ali se desenvolvem, o gelo mais maciço fica relativamente exposto, na melhor das hipóteses é coberto por detritos grosseiros, o que favorece a sublimação do gelo nas áreas secas. Isto conduz ao claro aprofundamento das fendas, os espaços recobertos de sedimentos são significativamente mais elevados e podem ser arredondados. Na Antártica, existem tais polígonos sobre moreias com núcleos de gelo, bem como gelo morto coberto de detritos ou geleiras . Existem também polígonos em Marte que têm o potencial de ter sido moldados por água líquida, semelhante aos processos termocarstos da Terra.
literatura
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Links da web
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