[{"@context":"http:\/\/schema.org\/","@type":"BlogPosting","@id":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki13\/2020\/12\/23\/frosthub-wikipedia\/#BlogPosting","mainEntityOfPage":"https:\/\/wiki.edu.vn\/wiki13\/2020\/12\/23\/frosthub-wikipedia\/","headline":"Frosthub – Wikipedia","name":"Frosthub – Wikipedia","description":"before-content-x4 Anatomie eines Frosthubs w\u00e4hrend des Fr\u00fchjahrstaus. 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Die Seite eines 15-cm-Hubs (6 Zoll) wird entfernt, um den Boden freizulegen (von unten nach oben):  \u00b7 Nadeleis, das von der Gefrierfront durch por\u00f6sen Boden aus einem Grundwasserspiegel nach unten extrudiert wurde \u00b7 Zusammengewachsener eisreicher Boden, der gefroren und aufgetaut wurde \u00b7 Aufgetauter Boden oben. Foto aufgenommen am 21. M\u00e4rz 2010 in Norwich, VermontFrost hebt (oder ein Frost heben) ist eine Aufw\u00e4rtsquellung des Bodens unter Gefrierbedingungen, die durch eine zunehmende Anwesenheit von Eis verursacht wird, wenn es zur Oberfl\u00e4che hin w\u00e4chst, abw\u00e4rts aus der Tiefe des Bodens, in der Gefriertemperaturen in den Boden eingedrungen sind (Gefrierfront oder Gefriergrenze).  Das Eiswachstum erfordert eine Wasserversorgung, die in bestimmten B\u00f6den \u00fcber Kapillarwirkung Wasser an die Gefrierfront liefert.  Das Gewicht des dar\u00fcber liegenden Bodens hemmt das vertikale Wachstum des Eises und kann die Bildung von linsenf\u00f6rmigen Eisfl\u00e4chen im Boden f\u00f6rdern.  Die Kraft einer oder mehrerer wachsender Eislinsen reicht jedoch aus, um eine Bodenschicht von bis zu 1 Fu\u00df (0,30 m) oder mehr anzuheben.  Der Boden, durch den Wasser flie\u00dft, um die Bildung von Eislinsen zu speisen, muss ausreichend por\u00f6s sein, um eine Kapillarwirkung zu erm\u00f6glichen, jedoch nicht so por\u00f6s, dass die Kapillarkontinuit\u00e4t unterbrochen wird.  Ein solcher Boden wird als “frostempfindlich” bezeichnet.  Das Wachstum von Eislinsen verbraucht kontinuierlich das aufsteigende Wasser an der Gefrierfront.[1][2]    Differenzielle Frostwolken k\u00f6nnen Stra\u00dfenoberfl\u00e4chen rei\u00dfen – was zur Bildung von Schlagl\u00f6chern im Fr\u00fchling beitr\u00e4gt – und Geb\u00e4udefundamente besch\u00e4digen.[3][4]  In mechanisch gek\u00fchlten K\u00fchlh\u00e4usern und Eisbahnen k\u00f6nnen Frostsch\u00fcbe auftreten.  Nadeleis ist im Wesentlichen eine Frostbewegung, die zu Beginn der Gefriersaison auftritt, bevor die Gefrierfront sehr weit in den Boden eingedrungen ist und es keine Boden\u00fcberlastung gibt, die als Frostwolke angehoben werden k\u00f6nnte.[5]Table of Contents  Mechanismen[edit]Historisches Verst\u00e4ndnis von Frost[edit]Entwicklung von Eislinsen[edit]Prozesse im Mikroma\u00dfstab[edit]Frostempfindliche B\u00f6den[edit]Landformen, die durch Frost erzeugt werden[edit]In gek\u00fchlten Geb\u00e4uden[edit]Siehe auch[edit]Verweise[edit]Weiterf\u00fchrende Literatur[edit]Mechanismen[edit]Historisches Verst\u00e4ndnis von Frost[edit]  Die Bildung von Eislinsen f\u00fchrt in kalten Klimazonen zu Frost.Laut Beskow beschrieb Urban Hj\u00e4rne (1641\u20131724) 1694 Frosteffekte im Boden.[a][5][6][7][8]    Bis 1930 hatte Stephen Taber (1882\u20131963), Leiter des Instituts f\u00fcr Geologie an der Universit\u00e4t von South Carolina (Columbia, South Carolina), die Hypothese widerlegt, dass Frostschwankungen auf die Ausdehnung des Molvolumens mit dem Einfrieren von Wasser zur\u00fcckzuf\u00fchren sind Boden vor dem Einsetzen von Temperaturen unter Null, dh mit geringem Beitrag durch die Migration von Wasser innerhalb des Bodens.Da sich das Molvolumen von Wasser um etwa 9% ausdehnt, wenn es an seinem Massengefrierpunkt die Phase von Wasser zu Eis \u00e4ndert, w\u00e4ren 9% die maximal m\u00f6gliche Ausdehnung aufgrund der Ausdehnung des Molvolumens, und selbst dann nur, wenn das Eis seitlich starr begrenzt w\u00e4re im Boden, so dass die gesamte Volumenexpansion vertikal erfolgen musste.  Eis ist unter Verbindungen ungew\u00f6hnlich, da es aus seinem fl\u00fcssigen Zustand, Wasser, an Molvolumen zunimmt.  Die meisten Verbindungen nehmen beim Volumenwechsel von fl\u00fcssig zu fest ab.  Taber zeigte, dass die vertikale Verschiebung des Bodens beim Erheben des Frosts signifikant gr\u00f6\u00dfer sein kann als die aufgrund der Ausdehnung des Molvolumens.[1]Taber zeigte, dass fl\u00fcssiges Wasser in Richtung Gefrierlinie im Boden wandert.  Er zeigte, dass andere Fl\u00fcssigkeiten wie Benzol, das sich beim Gefrieren zusammenzieht, ebenfalls Frost erzeugen.[9]  Dies schloss Molvolumen\u00e4nderungen als dominanten Mechanismus f\u00fcr die vertikale Verschiebung von gefrierendem Boden aus.  Seine Experimente zeigten ferner die Entwicklung von Eislinsen in Bodens\u00e4ulen, die nur durch Abk\u00fchlen der oberen Oberfl\u00e4che eingefroren wurden, wodurch ein Temperaturgradient hergestellt wurde.[10][11][12]  Entwicklung von Eislinsen[edit]  Frost hebt auf einer l\u00e4ndlichen Vermont-Stra\u00dfe w\u00e4hrend des Fr\u00fchlingsauftausDie Hauptursache f\u00fcr die Bodenverschiebung bei Frost ist die Entwicklung von Eislinsen.  W\u00e4hrend der Frostwolke wachsen eine oder mehrere bodenfreie Eislinsen und ihr Wachstum verdr\u00e4ngt den Boden \u00fcber ihnen.  Diese Linsen wachsen durch die kontinuierliche Zugabe von Wasser aus einer Grundwasserquelle, die sich tiefer im Boden und unterhalb der Gefrierlinie im Boden befindet.  Das Vorhandensein von frostempfindlichem Boden mit einer Porenstruktur, die einen Kapillarfluss erm\u00f6glicht, ist wichtig, um die Eislinsen bei ihrer Bildung mit Wasser zu versorgen.Aufgrund des Gibbs-Thomson-Effekts des Einschlusses von Fl\u00fcssigkeiten in Poren kann Wasser im Boden bei einer Temperatur fl\u00fcssig bleiben, die unter dem Gefrierpunkt des Wassers liegt.  Sehr feine Poren haben eine sehr hohe Kr\u00fcmmung, und dies f\u00fchrt dazu, dass die fl\u00fcssige Phase in solchen Medien bei Temperaturen, die manchmal mehrere zehn Grad unter dem Gefrierpunkt der Fl\u00fcssigkeit liegen, thermodynamisch stabil ist.[13]    Durch diesen Effekt kann Wasser durch den Boden in Richtung der Eislinse sickern und die Linse wachsen lassen.Ein weiterer Wassertransporteffekt ist die Erhaltung einiger molekularer Schichten fl\u00fcssigen Wassers auf der Oberfl\u00e4che der Eislinse sowie zwischen Eis- und Bodenpartikeln.  Faraday berichtete 1860 \u00fcber die nicht gefrorene Schicht vorgeschmolzenen Wassers.[14]  Eis schmilzt gegen seinen eigenen Dampf und in Kontakt mit Kiesels\u00e4ure.[15]Prozesse im Mikroma\u00dfstab[edit]Die gleichen intermolekularen Kr\u00e4fte, die ein Vorschmelzen an Oberfl\u00e4chen verursachen, tragen dazu bei, dass der Frost auf der Partikelskala auf der Unterseite der sich bildenden Eislinse aufwirbelt.  Wenn Eis ein feines Bodenpartikel beim Vorschmelzen umgibt, wird das Bodenpartikel innerhalb des W\u00e4rmegradienten nach unten in Richtung der warmen Richtung verschoben, da der d\u00fcnne Wasserfilm, der das Partikel umgibt, schmilzt und wieder gefriert.  Die Dicke eines solchen Films ist temperaturabh\u00e4ngig und auf der k\u00e4lteren Seite des Partikels d\u00fcnner.Wasser hat in Sch\u00fcttgaseis eine geringere thermodynamische freie Energie als im unterk\u00fchlten fl\u00fcssigen Zustand.  Daher wird das Wasser kontinuierlich von der warmen Seite zur kalten Seite des Partikels nachgef\u00fcllt und kontinuierlich geschmolzen, um den dickeren Film auf der warmen Seite wiederherzustellen.  Das Teilchen wandert in einem von Faraday als “thermische Regelung” bezeichneten Prozess nach unten in Richtung des w\u00e4rmeren Bodens.[14]  Dieser Effekt reinigt die Eislinsen, die sich bilden, indem sie feine Bodenpartikel abwehren.  Somit kann ein 10-Nanometer-Film aus nicht gefrorenem Wasser um jedes mikrometergro\u00dfe Bodenteilchen es 10 Mikrometer \/ Tag in einem W\u00e4rmegradienten von nur 1 \u00b0 C m bewegen\u22121.[15]  Wenn Eislinsen wachsen, heben sie den Boden oben an und trennen Bodenpartikel unten ab, w\u00e4hrend sie durch Kapillarwirkung Wasser zur Gefrierfl\u00e4che der Eislinse ziehen.Frostempfindliche B\u00f6den[edit]  Teilweise geschmolzene und kollabierte Lithalsas (im Permafrost gefundene H\u00fcgel) haben ringf\u00f6rmige Strukturen auf dem Spitzbergen-Archipel hinterlassenDas Heben von Frost erfordert einen frostempfindlichen Boden, eine kontinuierliche Wasserversorgung (ein Grundwasserspiegel) und Gefriertemperaturen, die in den Boden eindringen.  Frostempfindliche B\u00f6den sind solche mit Porengr\u00f6\u00dfen zwischen Partikeln und Partikeloberfl\u00e4che, die den Kapillarfluss f\u00f6rdern.  Schluffige und lehmige Bodentypen, die feine Partikel enthalten, sind Beispiele f\u00fcr frostempfindliche B\u00f6den.  Viele Agenturen klassifizieren Materialien als frostempfindlich, wenn 10 Prozent oder mehr Partikelbestandteile durch ein 0,075 mm (Nr. 200) Sieb oder 3 Prozent oder mehr durch ein 0,02 mm (Nr. 635) Sieb passieren.  Chamberlain berichtete \u00fcber andere, direktere Methoden zur Messung der Frostanf\u00e4lligkeit.[16]  Basierend auf solchen Untersuchungen existieren Standardtests, um die relative Anf\u00e4lligkeit f\u00fcr Schw\u00e4chung von Frost und Tauwetter in B\u00f6den zu bestimmen, die in Pflastersystemen verwendet werden, indem die Hubrate und das Auftauverh\u00e4ltnis mit Werten in einem etablierten Klassifizierungssystem f\u00fcr B\u00f6den verglichen werden, bei denen die Anf\u00e4lligkeit f\u00fcr Frost ungewiss ist.[17]Nicht frostempfindliche B\u00f6den k\u00f6nnen zu dicht sein, um den Wasserfluss zu f\u00f6rdern (geringe hydraulische Leitf\u00e4higkeit), oder zu offen in der Porosit\u00e4t, um den Kapillarfluss zu f\u00f6rdern.  Beispiele hierf\u00fcr sind dichte Tone mit einer kleinen Porengr\u00f6\u00dfe und damit einer geringen hydraulischen Leitf\u00e4higkeit sowie saubere Sande und Kies, die geringe Mengen feiner Partikel enthalten und deren Porengr\u00f6\u00dfen zu offen sind, um den Kapillarfluss zu f\u00f6rdern.[18]Landformen, die durch Frost erzeugt werden[edit]  Palsas (Heben von organisch reichen B\u00f6den in diskontinuierlichem Permafrost) k\u00f6nnen in alpinen Gebieten unterhalb des Mugi-H\u00fcgels am Mount Kenya gefunden werden.Durch das Heben von Frost entstehen Landformen mit erh\u00f6htem Boden in verschiedenen Geometrien, einschlie\u00dflich Kreisen, Polygonen und Streifen, die in B\u00f6den, die reich an organischer Substanz sind, wie Torf oder Lithalsa, als Palsas bezeichnet werden k\u00f6nnen[19]  in mineralreicheren B\u00f6den.[20]  Ein Beispiel ist die steinige Lithalsa (gehobene H\u00fcgel), die auf dem Archipel von Spitzbergen gefunden wurde.  Frostsch\u00fcbe treten in alpinen Regionen sogar in der N\u00e4he des \u00c4quators auf, wie Palsas auf dem Mount Kenya zeigen.[21]In arktischen Permafrostregionen kann eine verwandte Art von Boden, der sich \u00fcber Hunderte von Jahren bewegt, Strukturen mit einer H\u00f6he von bis zu 60 Metern, sogenannte Pingos, erzeugen, die von einer Grundwasserquelle gespeist werden, anstatt der Kapillarwirkung, die das Frostwachstum f\u00f6rdert hebt.  Kryogene Erdh\u00fcgel sind eine kleine Formation, die aus k\u00f6rniger Konvektion resultiert und in saisonal gefrorenem Boden auftritt und viele verschiedene Namen hat.  in Nordamerika sind sie Erdh\u00fcgel;  th\u00fafur in Gr\u00f6nland und Island;  und Pounus in Fennoscandia.Polygonale Formen, die offensichtlich durch Frost verursacht wurden, wurden in nahezu polaren Regionen des Mars von der Mars Orbiter Camera (MOC) an Bord des Mars Global Surveyor und der HiRISE-Kamera auf dem Mars Reconnaissance Orbiter beobachtet.  Im Mai 2008 landete der Mars Phoenix Lander auf einer solchen polygonalen Frostlandschaft und entdeckte schnell Eis wenige Zentimeter unter der Oberfl\u00e4che.In gek\u00fchlten Geb\u00e4uden[edit]K\u00fchlh\u00e4user und Eisbahnen, die bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt gehalten werden, k\u00f6nnen den Boden unter ihren Fundamenten bis zu einer Tiefe von mehreren zehn Metern einfrieren.  Saisonal gefrorene Geb\u00e4ude, z. B. einige Eisbahnen, k\u00f6nnen dazu f\u00fchren, dass der Boden auftaut und sich erholt, wenn sich das Geb\u00e4udeinnere erw\u00e4rmt.  Wenn das Fundament eines K\u00fchlgeb\u00e4udes auf frostempfindlichen B\u00f6den mit einem Grundwasserspiegel in Reichweite der Gefrierfront gelegt wird, k\u00f6nnen sich die B\u00f6den solcher Strukturen aufgrund der gleichen Mechanismen wie in der Natur heben.  Solche Strukturen k\u00f6nnen entworfen werden, um solche Probleme zu vermeiden, indem mehrere Strategien getrennt oder zusammen angewendet werden.  Die Strategien umfassen das Platzieren von nicht frostempfindlichem Boden unter dem Fundament, das Hinzuf\u00fcgen einer Isolierung, um das Eindringen der Gefrierfront zu verringern, und das Erhitzen des Bodens unter dem Geb\u00e4ude ausreichend, um ein Gefrieren zu verhindern.  Saisonal betriebene Eisbahnen k\u00f6nnen die Geschwindigkeit des Gefrierens unter der Oberfl\u00e4che verringern, indem sie die Temperatur des Eises erh\u00f6hen.[22]Siehe auch[edit]^ Im Bereich II.  Fl.  Om Jord och Landskap i gemeen (II. \u00dcber den Boden und die Landschaft im Allgemeinen) In seinem Buch erw\u00e4hnt Hi\u00e4rne das Ph\u00e4nomen des “Erdgie\u00dfens” oder “Erdhubs”, bei dem nach dem Auftauen des Fr\u00fchlings gro\u00dfe St\u00fccke Grasnarbe aus dem zu rissen scheinen Boden und geworfen: “3. Ob man an anderen Orten in Schweden, Finnland und Island usw. sieht, wie es in Uppland und in N\u00e4rke in der Gemeinde Viby, Royal Vallby, geschehen ist, dass die Erde selbst mit Rasen und allem [in pieces] Bis zu ein paar Ellen lang und breit wurden nach oben geworfen, was 20 oder mehr M\u00e4nner nicht konnten, und danach bleibt eine gro\u00dfe Grube \u00fcbrig. “(3. Om man seer uti andre Orter i Swerige \/ Fin-Est och Lif-land \/ etc. L\u00e5ngd och bredd har opkastat det 20 eller flere Karlar teke Hinweis g\u00f6ra \/ och en stoor Graff effter sig lemnat.) Urban Hj\u00e4rne, Een kort Anledning bis \u00e5tskillige Malmoch Bergarters, Mineraliers, W\u00e4xters, och Jordeslags probiert flere s\u00e4llsamme Tings, efftersp\u00f6riande 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, Schweden: 1694).  Online verf\u00fcgbar unter:  Nationalbibliothek von Schweden.Verweise[edit]^ ein b Taber, Stephen (1929). “Frost Heaving” (PDF). Zeitschrift f\u00fcr Geologie. 37 (5): 428\u2013461.  Bibcode:1929JG ….. 37..428T.  doi:10.1086 \/ 623637.^ Rempel, AW;  Wettlaufer, JS;  Worster, MG (2001).  “Grenzfl\u00e4chenvorschmelzen und die thermomolekulare Kraft: Thermodynamischer Auftrieb”. Briefe zur k\u00f6rperlichen \u00dcberpr\u00fcfung. 87 (8): 088501. Bibcode:2001PhRvL..87h8501R.  doi:10.1103 \/ PhysRevLett.87.088501.  PMID 11497990.^ Transporte Quebec (2007). “Qu\u00e9bec Pavement Story”.  Archiviert von das Original am 16.07.2011.  Abgerufen 2010-03-21.^ Widianto;  Heilenman, Glenn;  Owen, Jerry;  Fente, Javier (2009).  “Foundation Design f\u00fcr Frost Heave”. Cold Regions Engineering 2009: Auswirkungen kalter Regionen auf Forschung, Design und Konstruktion: 599\u2013608.  doi:10.1061 \/ 41072 (359) 58.  ISBN 9780784410721.^ ein b Beskow, Gunnar;  Osterberg, JO (\u00dcbersetzer) (1935). “Boden- und Frostwolken mit besonderer Anwendung auf Stra\u00dfen und Eisenbahnen” (PDF). Die schwedische geologische Gesellschaft.  C. Nr. 30 (Jahrbuch Nr. 3).^ Sj\u00f6gren, Hjalmar (1903)  “Om ett” jordkast “vid Glumstorp i V\u00e4rmland och om dylika f\u00f6reteelser beskrivna av Urban Hi\u00e4rne” (Zu einem “Erdguss” in Glumstorp in V\u00e4rmland und zu solchen von Urban Hi\u00e4rne beschriebenen Ph\u00e4nomenen), Arkiv f\u00f6r matematik, astronomi och fysik, 1 : 75\u201399.^ Hj\u00e4rne, Urban (1694). “Een kort Anledning bis \u00e5tskillige Malmoch Bergarters, Mineraliers, W\u00e4xters, och Jordeslags probiert flere s\u00e4llsamme Tings, efftersp\u00f6riande och angifwande” [A brief guide to discovering and specifying various types of ores and mountains, minerals, plants, and soils, together with several unusual things]  (auf Schwedisch).  Stockholm. ^ Patrick B. Black und Mark J. Hardenberg, Hrsg., Sonderbericht 91-23: Historische Perspektiven in der Frosthimmelforschung: Die fr\u00fchen Werke von S. Taber und G. Beskow  (Hannover, New Hampshire: Ingenieurkorps der US-Armee: Cold Regions Research & Engineering Laboratory, 1991).^ Taber, Stephen (1930). “Die Mechanik des Frosthubs” (PDF). Zeitschrift f\u00fcr Geologie. 38 (4): 303\u2013317.  Bibcode:1930JG ….. 38..303T.  doi:10.1086 \/ 623720.^ Bell, Robin E. (27. April 2008).  “Die Rolle des subglazialen Wassers bei der Massenbilanz der Eisdecke”. Naturgeowissenschaften. 1 (5802): 297\u2013304.  Bibcode:2008NatGe … 1..297B.  doi:10.1038 \/ ngeo186.^ Murton, Julian B.;  Peterson, Rorik;  Ozouf, Jean-Claude (17. November 2006).  “Grundgesteinsbruch durch Eissegregation in kalten Regionen”. Wissenschaft. 314 (5802): 1127\u20131129.  Bibcode:2006Sci … 314.1127M.  doi:10.1126 \/ science.1132127.  PMID 17110573.  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