Frostheving

Frostheving er en svelling og heving av jordorverflaten forårsaket av frost og isdannelse i jorda. Når vann fryser til is utvider det seg. Jordoverflaten og jordstrukturen blir påvirket av frostheving. Frostheving gir oppfrysing av stein, polygonmark i høyfjellet, steinsirkler, ringlignende strukturer i permafrost eller solifluksjon og jordglid i høyfjellet. Palser på palsmyrer i arktisk permafrost blir laget ved frostheving. Pingoer (entall pingo) er koniske forhøyninger i terrenget laget ved frostheving i tundraområder og inneholder en kjerne av is. Forhøyninger blir i mindre grad dekket av et isolerende snølag og fryser derved raskere enn omgivelsene.

Knollaktige forhøyninger kryogen jord i høyfjellet er et resultat av granulær konveksjon hvor mekaniske vibrasjoner gir separasjon av sand, grus og stein etter størrelse, også kalt paranøtt-effekt. Ved risting av en blanding av forskjellige slag nøtter i en skål så vil paranøttene som er de største bli liggende på toppen. Frostheving kan løfte røttene fra plantede frukttrær og busker slik at de mister kontakten med undergrunnen og kan tørke ut om våren. Det samme gjelder løfting av røttene til hagejordbær.

Islinser og frostheving

Frosthevingen skjer ved at det dannes islinser i overgang mellom frosset overflatelag og undergrunnen med underkjølt vann i kapillære porer. Vanndamptrykket over is er lavere enn vanndamptrykket over underkjølt vann ved samme temperatur. Det betyr at kapillært vann eller vanndamp alltid vil forflytte seg mot islinsen som derved vokser i størrelse og løfter den overliggende jordstrukturen. Vannmigrasjonen er påvirket av hydraulisk konduktivitet. Islinjsen tiltrekker seg kapillært vann og vanndamp

fra omgivelsene. Det er det samme prinsippet når vanndamp fra kjølekskapet legger seg på kjølelementene hvor det allerede er dannet is. En dårlig lukket dør i et kjøleskap eller fryseskap viser også effekten. Det blir frostlinser med vannmigrasjon og frostheving også i overgangen mellom i grunnfjell overliggende løsmaterialer. Islinser kan gieformasjon av jordoverflaten ved telehiv og sprekkdannelse i asfalt. Islinser kan bidra til jordskred.

Vanndamptrykk over is og vann

Figur som viser det viktige prinsipp av vanndampmetningstrykket (e0)over is er lavere enn vanndamptrykket over underkjølt vann ved samme temperatur. Det betyr at hvis is og flytende vann finnes samtidig så vil vannet forflytte seg til området med is slik som i islinser. Insekter og trær om vinteren benytter seg av samme prinsipp ved at det blir dannet is i intercellularrommene mellom cellene hvor iskrystallene ikke skader celleinnholdet.

Vekten av den overliggende jorden bremser på den vertikale veksten av islinsen. Nåt trykket den voksende islinsen møter mottrykket fra større steiner kan dette gi vannsmelting og noen få molekylsjikt med flytende vann langs isoverflaten i overgangen til jordsmonnet og jordpartiklene. Jfr. sjiktet med smeltevann som blir dannet mellom skøyteeggen og skøyteisen grunnet trykket fra vekten av skøyteløperen.

Under en isbre i overgang til fjell og stein smelter vannet på grunn av det høye trykket og isbreeen glir på en vannfilm.

Kan vises med et eksperiment: Lag en isblokk i en melkekartong. Fjern kartongen. Tre en tynn metalltråd rundt blokken og la den henge i et tungt metalllodd. Legg hver ende av blokken på et fast underlag slik at metalloddet blir hengende fritt under isblokken for eksempel mellom to stoler. Etter en stund har metalltråden smeltet seg gjennom isblokken. Loddet og metalltråden faller ned på gulvet og isblokken er like hel.

Vann i kapillarporer har et eget vanndamptrykk.

Andre effekter er Gibbs-Thompsoneffekt hvor deet gradienter i vanndamptrykk og kjemisk potensial på kurvete overflater. Små krystaller i kontakt med vann smelter raskere enn større krystaller       

Kelvinligningen beskriver endringer i vanndamptrykk i en kurveformet væske-vanndampoverflate. Vanndamptrykket på en konveks overflate er større enn den på en flat overflate. Navn etter Lord Kelvin. Også formulert i Ostwald – Freundlich ligningen.

Nåleis

Nåleis blir dannet når jordtemperaturen er større enn 0oC og lufttemperaturen er lavere enn 0oC. Vanndampen fra jordsmonnet legger seg på iskrystallene i nåleisen som derved vokser i høyde og hever seg opp over undergrunnen.

Frostforvitring

Forstforvitring er en mekanisk effekt forårsaket av smeltevan i sprekker og overflatestrukturer utvider seg når vannet fryser og gir sprekkdannelser.

Tilbake til hovedside

Publisert 13. des. 2022 15:34 - Sist endret 14. des. 2022 12:57