पाला गिरना: Difference between revisions

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वसंत हिमद्रवण के समय एक पाला गिरने की भौतिक रचना। 6-इंच (15-सेमी) की तरफ मिट्टी को हटाने के साथ गर्म करें (नीचे से ऊपर):
· स्फटिक बर्फ, जो नीचे की जल स्तर से छिद्रयुक्त मिट्टी के माध्यम से जमने वाला अग्रभाग से बाहर निकली है
· जमी हुई बर्फ से भरपूर मिट्टी, जो जमने-पिघलने के अधीन है
· शीर्ष पर पिघली हुई मिट्टी।
फ़ोटोग्राफ़ 21 मार्च 2010 को नॉर्विच, वर्मोंट में लिया गया

पाला गरम होना (या पाला गिरना ) बर्फ की बढ़ती उपस्थिति के कारण मिट्टी की ऊपर की ओर स्फीति होती है, क्योंकि यह सतह की ओर बढ़ती है, मिट्टी में गहराई से ऊपर की ओर जहां पाला का तापमान मिट्टी (हिमांक अग्रभाग या हिमीकरण 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 वाला अग्रभाग पर पानी पहुंचाती है। अत्यधिक मिट्टी का वजन बर्फ के ऊर्ध्वाधर विकास को रोकता है और मिट्टी के अंदर बर्फ के लेंस के आकार के क्षेत्रों के निर्माण को बढ़ावा दे सकता है। फिर भी एक या एक से अधिक बढ़ते बर्फ के लेंस का बल मिट्टी की एक परत को 1 फुट (0.30 मीटर) या उससे अधिक तक उठाने के लिए पर्याप्त है। मिट्टी जिसके माध्यम से बर्फ के लेंस के निर्माण को संभरण के लिए पानी गुजरता है, केशिका क्रिया की स्वीकृति देने के लिए पर्याप्त रूप से छिद्रयुक्त होना चाहिए, फिर भी इतना छिद्रयुक्त नहीं है कि केशिका निरंतरता को तोड़ सके। ऐसी मिट्टी को पाले के प्रति संवेदनशील कहा जाता है। बर्फ के लेंस की वृद्धि जमने वाला अग्रभाग पर निरंतर बढ़ते पानी की उपभोग करती है।[1][2] विभेदन पाला सड़क की सतहों में दरार डाल सकती है— वसंत ऋतु में रंध्रों के निर्माण में सहयोग होता है - और इमारत की नींव को नुकसान पहुंचा सकता है।[3][4] यांत्रिक रूप से प्रशीतित शीत-भंडारण भवनों और हिम सरण में पाला गिरना बढ़ सकता है।

स्फटिक बर्फ अनिवार्य रूप से पाला गिरना है जो ठंड के मौसम मे प्रारंभ में होता है, इससे पहले कि जमने वाला अग्रभाग मिट्टी में बहुत दूर तक अंदर गया हो और पाला गिरने के रूप में उत्थान के लिए कोई मिट्टी का भार न हो।[5]


तंत्र

पाला गिरने की ऐतिहासिक समझ

बर्फ के लेंस का निर्माण जिसके परिणामस्वरूप ठंडी जलवायु में पाला गिर जाता है।

अर्बन हर्ने ने 1694 में मिट्टी में पाला गिरने के प्रभावों का वर्णन किया।[lower-alpha 1][5][6][7][8] 1930 तक, दक्षिण कैरोलिना विश्वविद्यालय में भूविज्ञान विभाग के प्रमुख स्टीफन टैबर ने इस परिकल्पना को अस्वीकृत कर दिया था कि उप-शून्य तापमान की प्रारंभ से पहले मिट्टी में पहले से सम्मिलित पानी के जमने के साथ अणुक आयतन के विस्तार से पाले के गिरने का परिणाम होता है अर्थात मिट्टी के अंदर पानी के प्रवास से थोड़ा सहयोग है।

चूँकि पानी के अणुक आयतन में लगभग 9% की वृद्धि होती है, क्योंकि यह पानी से बर्फ में अपने विस्तृत हिमांक पर परिवर्तन चरण करता है, अणुक आयतन विस्तार के कारण 9% अधिकतम विस्तार संभव होगा,और तब भी जब बर्फ को मिट्टी में बाद में कठोर रूप से बाध्य किया गया था ताकि पूरे आयतन का विस्तार लंबवत रूप से हो सके। बर्फ यौगिकों के बीच असामान्य है क्योंकि यह अपनी तरल अवस्था, पानी से अणुक आयतन में बढ़ जाती है। द्रव से ठोस अवस्था में अवस्था बदलने पर अधिकांश यौगिकों का आयतन कम हो जाता है। टैबर ने दिखाया कि अणुक आयतन के विस्तार के कारण पाला गिरने में मिट्टी का ऊर्ध्वाधर विस्थापन उस से परितृप्त अधिक हो सकता है।[1]

टेबर ने प्रदर्शित किया कि तरल पानी मिट्टी के अंदर हिमन रेखा की ओर निवर्तन करता है। उन्होंने दिखाया कि अन्य तरल पदार्थ, जैसे कि बेंजीन, जो जमने पर सिकुड़ता है, साथ ही पाला गिरना उत्पन्न करता है।[9] यह जमी हुई मिट्टी के ऊर्ध्वाधर विस्थापन के लिए प्रमुख तंत्र के रूप में अणुक आयतन में परिवर्तन को बाहर करता है। उनके प्रयोगों ने 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।[10][11][12]


बर्फ के लेंस का विकास

वसंत हिमद्रवण के समय एक ग्रामीण वरमोंट सड़क पर पाला जम जाता है

पाला गिरने में मिट्टी के विस्थापन का प्रमुख कारण बर्फ लेंस का विकास है। पाला गिरने के समय, एक या एक से अधिक मिट्टी रहित बर्फ के लेंस विकसित होते 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 पाला रेखा के नीचे होता है। एक छिद्र संरचना के साथ पाला के प्रति संवेदनशील मिट्टी की उपस्थिति जो बर्फ के लेंस को पानी की आपूर्ति करने के लिए केशिका प्रवाह की स्वीकृति देती है, जैसा कि वे बनाते हैं।

गिब्स-थॉमसन प्रभाव के कारण तरल पदार्थों को छिद्रों में सीमित कर दिया जाता है, मिट्टी में पानी एक ऐसे तापमान पर तरल रह सकता है जो पानी के विस्तृत हिमांक बिंदु से नीचे हो। बहुत सूक्ष्म छिद्रों में बहुत अधिक वक्रता होती है, और इसके परिणामस्वरूप तरल चरण (पदार्थ) ऐसे माध्यम में ऊष्मप्रवैगिकी संतुलन होता है, जो कभी-कभी तरल के विस्तृत हिमांक बिंदु से कई दसियों डिग्री नीचे होता है।[13] यह प्रभाव पानी को मिट्टी के माध्यम से बर्फ के लेंस की ओर ले जाने की स्वीकृति देता है, जिससे लेंस बढ़ने लगता है।

एक अन्य जल-परिवाहित प्रभाव बर्फ के लेंस की सतह पर और बर्फ और मिट्टी के कणों के बीच तरल पानी की कुछ अणु परतों का संरक्षण है। फैराडे ने फैराडे ने 1860 में पहले से पिघले हुए पानी की न जमी परत पर सूचना दी।[14] बर्फ अपने स्वयं के वाष्प के विपरीत और सिलिका के संपर्क में आने से पहले पिघल जाती है।[15]


सूक्ष्म पैमाने की प्रक्रियाएं

वही अंतर-आणविक बल जो सतहों पर पूर्वगलन का कारण बनते हैं, बर्फ के लेंस के नीचे की तरफ कण पैमाने पर पाला को गर्म करने में सहयोग करते हैं। जब बर्फ एक सूक्ष्म मिट्टी के कण को ​​​​छिड़कती है, तो मिट्टी के कण के चारों ओर पानी की पतली झिल्ली के पिघलने और फिर से जमने के कारण ऊष्मीय प्रवणता के अंदर गर्म दिशा की ओर नीचे की ओर विस्थापित हो जाएगा। ऐसी झिल्ली की सघनता तापमान पर निर्भर होती है और कण के जमे हिस्से पर पतली होती है।

अधिक जमे तरल अवस्था की तुलना में विस्तृत बर्फ में पानी की ऊष्मप्रवैगिकी मुक्त ऊर्जा कम होती है। इसलिए, गर्म भाग से कण के हिमीकरण भाग में बहने वाले पानी की निरंतर पुनःपूर्ति होती है, और गर्म भाग पर सघन झिल्ली को पुनः स्थापित करने के लिए निरंतर पिघलती रहती है। कण एक प्रक्रिया में गर्म मिट्टी की ओर नीचे की ओर पलायन करता है जिसे फैराडे ऊष्मीय पुनर्हिमायन कहते हैं।[14] यह प्रभाव बर्फ के लेंस को शुद्ध करता है क्योंकि वे मिट्टी के सूक्ष्म कणों को हटाकर बनाते हैं। इस प्रकार प्रत्येक सूक्ष्ममापी के आकार के मिट्टी के कण के चारों ओर बिना जमे हुए पानी की 10- नैनोमीटर झिल्ली इसे 10 माइक्रोमीटर/दिन कम से कम 1 °C m-1 के ऊष्मीय प्रवणता में स्थानांतरित कर सकती है।[15] जैसे-जैसे बर्फ के लेंस बढ़ते हैं, वे मिट्टी को ऊपर उठाते हैं, और नीचे मिट्टी के कणों को अलग करते हैं, जबकि केशिका क्रिया के माध्यम से बर्फ के लेंस के जमे भाग पर पानी निष्कासन हैं।

पाले के प्रति संवेदनशील मिट्टी

आंशिक रूप से पिघले और ढह गए लिथल्स ( पत्थर का फ़र्श में पाए जाने वाले भारी टीले) ने स्वालबार्ड द्वीपसमूह पर वलय जैसी संरचनाएं छोड़ी हैं

पाला को गर्म करने के लिए पाले के प्रति संवेदनशील मिट्टी, नीचे पानी की निरंतर आपूर्ति (एक जल स्तर) और हिमीकरण तापमान की आवश्यकता होती है, जो मिट्टी में प्रवेश करती है। पाले के प्रति संवेदनशील मिट्टी कणों और कण सतह क्षेत्र के बीच छिद्रों के आकार के होते हैं जो केशिका प्रवाह को बढ़ावा देते हैं। सिल्टी और दोमट मिट्टी के प्रकार, जिनमें सूक्ष्म कण होते हैं, पाले के प्रति-अतिसंवेदनशील मिट्टी के उदाहरण हैं। कई संगठन ​​सामग्री को पाला गिरना अतिसंवेदनशील के रूप में वर्गीकृत करती हैं यदि 10 प्रतिशत या अधिक घटक कण 0.075 मिमी (संख्या 200) जाँच कर निकालते या 3 प्रतिशत या अधिक 0.02 मिमी (संख्या 635) जाँच कर निकालते हैं। चेम्बरलेन ने पाले की संवेदनशीलता को मापने के लिए अन्य, अधिक प्रत्यक्ष तरीकों की सूचना दी।[16] इस तरह के शोध के आधार पर, मिट्टी के लिए एक स्थापित वर्गीकरण प्रणाली में मानों के साथ गरम करने की दर और पिघले हुए वहन अनुपात की तुलना करके पेवमेन्ट (पत्थर का फ़र्श) प्रणाली में उपयोग की जाने वाली मिट्टी की सापेक्ष पाला गिरना और पिघलना कमजोर पड़ने की संवेदनशीलता को निर्धारित करने के लिए मानक परीक्षण सम्मिलित हैं, जहां पाले के प्रति-संवेदनशीलता अनिश्चित है।[17]

पानी के प्रवाह (कम हाइड्रोलिक चालकता) को बढ़ावा देने के लिए गैर-पाले के प्रति-अतिसंवेदनशील मिट्टी बहुत सघन हो सकती है या केशिका प्रवाह को बढ़ावा देने के लिए सरंध्रता में बहुत खुली हो सकती है। उदाहरणों में एक छोटे छिद्र आकार के साथ सघन मिट्टी और इसलिए एक कम हाइड्रोलिक चालकता और साफ रेत और बजरी सम्मिलित हैं, जिनमें छोटी मात्रा में सूक्ष्म कण होते हैं और जिनके छिद्र आकार केशिका प्रवाह को बढ़ावा देने के लिए बहुत खुले होते हैं।[18]


पाला के गर्म होने से निर्मित भू-आकृतियाँ

माउंट केन्या पर मुगी पर्वत के नीचे अल्पाइन क्षेत्रों में पलसास (असंतुलितस्थायी तुषार भूमि में कार्बनिक-समृद्ध मिट्टी का संचय) पाया जा सकता है।

पाला वृत्त, बहुभुजों और धारियों सहित विभिन्न ज्यामितीयों में प्रकट हुई मिट्टी के भू-आकृतियों का निर्माण करता है, जिसे मिट्टी में पल्सा के रूप में वर्णित किया जा सकता है जो कार्बनिक पदार्थों से समृद्ध होती है, जैसे कि नरम कोयला, या लिथल्सा से अधिक खनिज युक्त मिट्टी में समृद्ध हैं।[19][20] स्वालबार्ड के द्वीपसमूह पर पाए जाने वाले पथरीले लिथल्सा (उठे हुए टीले) एक उदाहरण हैं। भूमध्य रेखा के पास भी अल्पाइन क्षेत्रों में पाला होते हैं, जैसा कि माउंट केन्या पर पल्सा द्वारा दिखाया गया है।[21]

आर्कटिक पर्माफ्रॉस्ट क्षेत्रों में, सैकड़ों वर्षों से एक संबंधित प्रकार का गर्म स्थल 60 मीटर तक की संरचनाओं का निर्माण कर सकता है, जिन्हें पिंगो के रूप में जाना जाता है, जो कि केशिका क्रिया के गर्म स्थान पर भूजल के उत्स्रवण द्वारा संभरण किया जाता है, जो पाला गिरने के विकास को संभरण करता है। प्राशीतनी अर्थ पहाड़ी टीला दानेदार संवहन से उत्पन्न एक छोटा निर्माण है जो मौसमी जमी हुई भू-तल में दिखाई देता है और इसके कई अलग-अलग नाम हैं; उत्तरी अमेरिका में वे पृथ्वी हम्मॉक्स हैं; ग्रीनलैंड और आइसलैंड में थूफुर; और फेनोस्कैंडिया में पौनस।

मंगल वैश्विक सर्वेक्षक और मंगल टोही कक्षीय पर हायरिस कैमरे पर अनुवृद्धि मंगल कक्षित्र कैमरा (एमओसी) द्वारा मंगल के निकट-ध्रुवीय क्षेत्रों में स्पष्ट रूप से पाला गिरने के कारण होने वाले बहुभुज रूपों को स्पष्ट रूप से देखा गया है। मई 2008 में मार्स फीनिक्स लैंडर ने इस तरह के बहुभुज पाला से अधिक परिदृश्य को स्पर्श किया और सतह से कुछ सेंटीमीटर नीचे बर्फ की खोज की।

प्रशीतित भवनों में

शीतगृह की इमारतें और बर्फ़ का मैदान जो उप-हिम तापमान पर बनाए जाते हैं, उनकी नींव के नीचे की मिट्टी दस मीटर की गहराई तक जम सकती है। मौसमी रूप से जमी हुई इमारतें, उदा- कुछ बर्फ मैदान, इमारत के आंतरिक भाग के गर्म होने पर मिट्टी को पिघलने और ठीक होने की स्वीकृति दे सकते हैं। यदि एक प्रशीतित इमारत की नींव को पाले के प्रति-अतिसंवेदनशील मिट्टी पर जमने वाला अग्रभाग की पहुंच के अंदर एक जल स्तर के साथ रखा जाता है, तो प्रकृति में पाए जाने वाले समान तंत्र के कारण ऐसी संरचनाओं के फर्श गर्म हो सकते हैं। इस तरह की संरचनाओं को अलग-अलग या मिलकर कई योजनाओ को नियोजित करके ऐसी समस्याओं से बचने के लिए डिज़ाइन किया जा सकता है। योजनाओ में नींव के नीचे गैर-पाले के प्रति-अतिसंवेदनशील मिट्टी की नियुक्ति सम्मिलित है, जमने वाला अग्रभाग के प्रवेश को कम करने के लिए तापवरोधन जोड़ना, और इमारत के नीचे मिट्टी को जमने से बचाने के लिए पर्याप्त रूप से गर्म करना सम्मिलित है। मौसमी रूप से संचालित हिम सरण बर्फ के तापमान को बढ़ाकर उपसतह जमने की दर को कम कर सकते हैं।[22]


यह भी देखें

फुटनोट्स

  1. ↑ In the section II. Fl. Om Jord och Landskap i gemeen (II. About the soil and the landscape in general) of his book, Hiärne mentions the phenomenon of "earth casting" or "earth heaving", in which, after the spring thaw, large chunks of sod appear to have been ripped from the ground and tossed: "3. Whether one sees in other places in Sweden, Finland and Iceland, etc., as has so happened in Uppland and in Närke in Viby parish, royal Vallby, that the earth itself with turf and all [in pieces] up to a few cubits long and wide has been thrown upwards which 20 or more men could not do, and a large pit is left afterwards." (3. Om man seer uti andre Orter i Swerige / Fin-Est och Lif-land / etc. så wara stedt / som hår i Upland / och i Nårike i Wijby Sochn / Kongz Wallby / at Jorden sig med Torff och all till någre Alnars Långd och bredd har opkastat det 20 eller flere Karlar teke hint göra / och en stoor Graff effter sig lemnat.) Urban Hjärne, Een kort Anledning till åtskillige Malm- och Bergarters, Mineraliers, Wäxters, och Jordeslags sampt flere sällsamme Tings, effterspöriande och angifwande [A brief guide to discovering and specifying various types of ores and mountains, minerals, plants, and soils, together with several unusual things] (Stockholm, Sweden: 1694). Available on-line at: National Library of Sweden.


संदर्भ

  1. ↑ 1.0 1.1 Taber, Stephen (1929). "Frost Heaving" (PDF). Journal of Geology. 37 (5): 428–461. Bibcode:1929JG.....37..428T. doi:10.1086/623637. S2CID 224836578. Archived from the original on 2013-04-08. Retrieved 2010-03-24.
  2. ↑ Rempel, A.W.; Wettlaufer, J.S.; Worster, M.G. (2001). "Interfacial Premelting and the Thermomolecular Force: Thermodynamic Buoyancy". Physical Review Letters. 87 (8): 088501. Bibcode:2001PhRvL..87h8501R. doi:10.1103/PhysRevLett.87.088501. PMID 11497990.
  3. ↑ Transports Quebec (2007). "Québec Pavement Story". Archived from the original on 2011-07-16. Retrieved 2010-03-21.
  4. ↑ Widianto; Heilenman, Glenn; Owen, Jerry; Fente, Javier (2009). "Foundation Design for Frost Heave". Cold Regions Engineering 2009: Cold Regions Impacts on Research, Design, and Construction: 599–608. doi:10.1061/41072(359)58. ISBN 9780784410721.
  5. ↑ 5.0 5.1 Beskow, Gunnar; Osterberg, J. O. (Translator) (1935). "Soil Heaving and Frost Heaving with Special Application to Roads and Railroads" (PDF). The Swedish Geological Society. C. No. 30 (Year Book No. 3). Archived from the original on 2013-04-08. Retrieved 2010-03-24. {{cite journal}}: |first2= has generic name (help)
  6. ↑ Sjögren, Hjalmar (1903) "Om ett "jordkast" vid Glumstorp i Värmland och om dylika företeelser beskrivna av Urban Hiärne" (On an "earth casting" at Glumstorp in Värmland and on such phenomena described by Urban Hiärne), Arkiv för matematik, astronomi och fysik, 1 : 75–99.
  7. ↑ Hjärne, Urban (1694). "Een kort Anledning till åtskillige Malm- och Bergarters, Mineraliers, Wäxters, och Jordeslags sampt flere sällsamme Tings, effterspöriande och angifwande" [A brief guide to discovering and specifying various types of ores and mountains, minerals, plants, and soils, together with several unusual things] (in svenska). Stockholm. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
  8. ↑ Patrick B. Black and Mark J. Hardenberg, ed.s, Special Report 91-23: Historical Perspectives in Frost Heave Research: The Early Works of S. Taber and G. Beskow (Hanover, New Hampshire: U.S. Army Corps of Engineers: Cold Regions Research & Engineering Laboratory, 1991).
  9. ↑ Taber, Stephen (1930). "The mechanics of frost heaving" (PDF). Journal of Geology. 38 (4): 303–317. Bibcode:1930JG.....38..303T. doi:10.1086/623720. S2CID 129655820. Archived from the original on 2013-04-08. Retrieved 2010-03-24.
  10. ↑ Bell, Robin E. (27 April 2008). "The role of subglacial water in ice-sheet mass balance". Nature Geoscience. 1 (5802): 297–304. Bibcode:2008NatGe...1..297B. doi:10.1038/ngeo186.
  11. ↑ Murton, Julian B.; Peterson, Rorik; Ozouf, Jean-Claude (17 November 2006). "Bedrock Fracture by Ice Segregation in Cold Regions". Science. 314 (5802): 1127–1129. Bibcode:2006Sci...314.1127M. doi:10.1126/science.1132127. PMID 17110573. S2CID 37639112.
  12. ↑ Dash, G.; A. W. Rempel; J. S. Wettlaufer (2006). "The physics of premelted ice and its geophysical consequences". Rev. Mod. Phys. American Physical Society. 78 (695): 695. Bibcode:2006RvMP...78..695D. CiteSeerX 10.1.1.462.1061. doi:10.1103/RevModPhys.78.695.
  13. ↑ John Tyndall (1858) "On some physical properties of ice," Philosophical Transactions of the Royal Society of London, 148 : 211–229. Summarized in: Tyndall, J. (1858). "On some physical properties of ice". Proceedings of the Royal Society of London. 9: 76–80. doi:10.1098/rspl.1857.0011. S2CID 186210972.
  14. ↑ 14.0 14.1 Faraday, M. (1860). "Note on regelation". Proceedings of the Royal Society of London. 10: 440–450. doi:10.1098/rspl.1859.0082. S2CID 136019935.
  15. ↑ 15.0 15.1 Rempel, A.W.; Wettlaufer, J.S.; Worster, M.G. (2004). "Premelting dynamics in a continuum model of frost heave". Journal of Fluid Mechanics. 498: 227–244. Bibcode:2004JFM...498..227R. doi:10.1017/S0022112003006761. S2CID 17061621.
  16. ↑ Chamberlain, Edwin J. (December 1981). "Frost Susceptibility of Soil, Review of Index Tests". Hanover, NH: Cold Regions Research and Engineering Laboratory. ADA111752. {{cite journal}}: Cite journal requires |journal= (help)
  17. ↑ ASTM, Subcommittee: D18.19 (2013), "Standard Test Methods for Frost Heave and Thaw Weakening Susceptibility of Soils", ASTM Book of Standards, 04 (9)
  18. ↑ Muench, Steve (6 November 2006). "Pavement Interactive—Frost Action". Retrieved 2010-03-24.
  19. ↑ Pissart, A.; Tilman, Sart (2002). "Palsas, lithalsas and remnants of these periglacial mounds. A progress report". Progress in Physical Geography. 26 (4): 605–621. doi:10.1191/0309133302pp354ra. hdl:2268/248951. S2CID 140583281.
  20. ↑ De Schutter, Paul (2005-12-03). "Palsas & Lithalsas". Archived from the original on 2011-07-27. Retrieved 2010-03-10.
  21. ↑ Baker, B. H. (1967). Geology of the Mount Kenya area; degree sheet 44 N.W. quarter (with coloured map). Nairobi: Geological Survey of Kenya.
  22. ↑ Brown, W.G. (January 1965), Frost Heave in Ice Rinks and Cold Storage Buildings, CBD-61, Research Council Canada, retrieved 2018-01-05


आगे की पढाई

  • Manz, Lorraine (July 2011), "Frost heave" (PDF), Geo News, 32 (2): 18–24
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