عدسة جليدية

العدسات الجليدية هي كتل جليدية تتشكل عندما تتراكم الرطوبة ، المنتشرة داخل التربة أو الصخور ، في منطقة محددة. يتراكم الجليد في البداية داخل مسامات صغيرة متجاورة أو شقوق موجودة مسبقًا، وطالما بقيت الظروف مواتية، يستمر في التجمع في طبقة الجليد أو العدسة الجليدية ، مما يؤدي إلى تباعد التربة أو الصخور. تنمو العدسات الجليدية موازية للسطح وعلى عمق يتراوح بين عدة سنتيمترات وعدة ديسيمترات (بوصات إلى أقدام) داخل التربة أو الصخور. وقد أظهرت دراسات أجريت عام 1990 أن تكسر الصخور بفعل انفصال الجليد (أي تكسر الصخور السليمة بفعل العدسات الجليدية التي تنمو عن طريق سحب الماء من محيطها خلال فترات من درجات حرارة منخفضة مستمرة) هو عملية تجوية أكثر فعالية من عملية التجمد والذوبان التي اقترحتها النصوص القديمة. ^{[ 1 ]}

تلعب العدسات الجليدية دورًا محوريًا في انتفاخ التربة بفعل الصقيع وتصدع الصخور، وهما عاملان أساسيان في التجوية في المناطق الباردة. يُنتج انتفاخ التربة بفعل الصقيع حطامًا ويُشكّل المناظر الطبيعية بشكلٍ معقد . على الرغم من أن تصدع الصخور في المناطق شبه الجليدية (الجبال، وشبه القطبية، والقطبية) يُعزى غالبًا إلى تجمد المياه وتمددها الحجمي داخل المسام والشقوق، إلا أن معظم انتفاخ التربة بفعل الصقيع وتصدع الصخور ينتجان بدلًا من ذلك عن انفصال الجليد ونمو العدسات في المناطق المتجمدة القريبة من السطح. يؤدي انفصال الجليد إلى تصدع الصخور وانتفاخها بفعل الصقيع. ^{[ 2 ]}

الشرط الأساسي لانفصال الجليد وتجمد التربة هو وجود منطقة في التربة أو الصخور المسامية ذات نفاذية نسبية، وتقع ضمن نطاق درجة حرارة يسمح بتعايش الجليد والماء (في حالة ما قبل الذوبان)، ويوجد بها تدرج حراري عبر المنطقة. ^{[ 7 ]}

تُعدّ ظاهرة ما قبل الذوبان من الظواهر الأساسية لفهم انفصال الجليد في التربة أو الصخور المسامية (والتي تُعرف أيضًا باسم عدسة الجليد نظرًا لشكلها). وتتمثل هذه الظاهرة في تكوّن طبقة رقيقة من الماء على الأسطح والواجهات عند درجات حرارة أقل بكثير من درجة انصهار الجليد. يُستخدم مصطلح ما قبل الذوبان لوصف انخفاض درجة حرارة الانصهار (أقل من 0  درجة مئوية) الناتج عن انحناء سطح الماء المحصور في وسط مسامي ( تأثير جيبس-طومسون ). يتواجد الماء ما قبل الذوبان على شكل طبقة رقيقة على سطح الجليد. في ظل ظروف ما قبل الذوبان، يمكن للجليد والماء أن يتعايشا عند درجات حرارة أقل من -10  درجة مئوية في وسط مسامي. يؤدي تأثير جيبس-طومسون إلى هجرة الماء مع تدرج حراري (من درجات حرارة أعلى إلى درجات حرارة أقل)؛ ويذكر داش: "...تنتقل المادة إلى المناطق الأكثر برودة...". ويمكن أيضًا النظر إلى هذه الظاهرة من منظور طاقي على أنها تُفضّل جزيئات الجليد الأكبر حجمًا على الأصغر ( نضج أوستوالد ). ونتيجة لذلك، عندما تتوفر الظروف لانفصال الجليد (تكوين عدسة جليدية)، يتدفق الماء نحو الجليد المنفصل ويتجمد على السطح، مما يؤدي إلى زيادة سمك طبقة الجليد المنفصل. ^{[ 7 ]}

من الممكن تطوير نماذج تحليلية باستخدام هذه المبادئ؛ فهي تتنبأ بالخصائص التالية، والتي تتوافق مع الملاحظات الميدانية:

• يتشكل الجليد في طبقات موازية للسطح العلوي. ^{[ 2 ]}
• يتشكل الجليد في البداية من خلال شقوق دقيقة صغيرة موازية للسطح. ومع تراكم الجليد، تنمو طبقة الجليد إلى الخارج فيما يُعرف عادةً بعدسة جليدية موازية للسطح. ^{[ 2 ]}
• يتشكل الجليد في الصخور المنفذة للماء بنفس الطريقة التي يتشكل بها في التربة. ^{[ 2 ]}
• إذا نتجت طبقة الجليد عن تبريد من اتجاه واحد (مثلًا، من الأعلى)، فإن الشق يميل إلى أن يكون قريبًا من السطح (مثلًا، 1-2  سم في الطباشير). أما إذا نتجت طبقة الجليد عن تجمد من كلا الجانبين (مثلًا، من الأعلى والأسفل)، فإن الشق يميل إلى أن يكون أعمق (مثلًا، 2-3.5  سم في الطباشير). ^{[ 2 ]}
• يتشكل الجليد بسرعة عندما يتوفر السائل بكثرة. وعند توفر السائل بكثرة، ينمو الجليد المنفصل (عدسة الجليد) موازياً للسطح البارد المكشوف. ويستمر نموه بسرعة حتى تُدفئ الحرارة المنبعثة من التجمد حدود عدسة الجليد، مما يقلل من تدرج درجة الحرارة ويتحكم في معدل انفصال الجليد. في ظل هذه الظروف، ينمو الجليد في طبقة واحدة تزداد سماكتها تدريجياً. وينزاح السطح، وتتغير مواقع التربة أو تتصدع الصخور. ^{[ 8 ]}
• يتشكل الجليد بنمط مختلف عندما يقل توفر السائل. فعندما لا يتوفر السائل بسهولة، ينمو الجليد المنفصل (عدسة الجليد) ببطء. ولا تستطيع الحرارة المنبعثة من التجمد تدفئة حدود عدسة الجليد. وبالتالي، تستمر المنطقة التي ينتشر فيها الماء في التبريد حتى تتشكل طبقة جليد منفصلة أخرى أسفل الطبقة الأولى. ومع استمرار الطقس البارد، يمكن أن تتكرر هذه العملية، مما ينتج عنه طبقات جليدية متعددة (عدسات جليدية)، جميعها موازية للسطح. ويؤدي تشكل طبقات متعددة (عدسات متعددة) إلى أضرار جليدية أوسع نطاقًا داخل الصخور أو التربة. ^{[ 8 ]}
• لا يتشكل الجليد في بعض الظروف. عند ضغوط التربة المرتفعة ودرجات حرارة السطح الدافئة نسبيًا، لا يمكن أن يحدث انفصال الجليد؛ يتجمد السائل الموجود داخل المسام، دون انفصال الجليد الكلي ودون تشوه سطحي قابل للقياس أو تلف ناتج عن الصقيع. ^{[ 8 ]}

تحتوي الصخور عادةً على مسامات بأحجام وأشكال متنوعة، بغض النظر عن منشئها أو موقعها. تُعدّ الفراغات الصخرية في جوهرها شقوقًا صغيرة، وتُمثّل نقطة انطلاق لانتشار الشقوق إذا ما تعرّضت الصخرة لضغط. إذا تراكم الجليد في مسام بشكل غير متناظر، فإنه سيُعرّض الصخرة لضغط في مستوى عمودي على اتجاه تراكم الجليد. وبالتالي، ستتشقق الصخرة على طول مستوى عمودي على اتجاه تراكم الجليد، وهو ما يُوازي السطح فعليًا. ^{[ 9 ]}

طوّر والدر وهاليت نماذج تتنبأ بمواقع ومعدلات نمو الشقوق في الصخور بما يتوافق مع الشقوق المرصودة فعليًا في الطبيعة. وتوقع نموذجهما أن الرخام والجرانيت ينموان الشقوق بشكل أكثر فعالية عندما تتراوح درجات الحرارة بين -4  درجة مئوية و-15  درجة مئوية؛ وفي هذا النطاق، قد تتشكل شقوق في الجرانيت تحوي جليدًا يصل طوله إلى 3 أمتار في السنة. وعندما تكون درجة الحرارة أعلى من ذلك، لا يُمارس الجليد المتكون ضغطًا كافيًا لتسبب انتشار الشق. أما عندما تكون درجة الحرارة أقل من هذا النطاق، يصبح الماء أقل حركة، وتنمو الشقوق ببطء أكبر. ^{[ 9 ]}

أكد موترون أن الجليد يتشكل مبدئيًا في المسامات، مُحدثًا شقوقًا دقيقة موازية للسطح. ومع تراكم الجليد، تنمو طبقة الجليد نحو الخارج فيما يُعرف عادةً بعدسة جليدية موازية للسطح. يتشكل الجليد في الصخور النفاذة للماء بنفس طريقة تشكله في التربة. إذا نتجت طبقة الجليد عن التبريد من اتجاه واحد (مثلًا، من الأعلى)، فإن شق الصخر يميل إلى أن يكون قريبًا من السطح (مثلًا، 1-2  سم في الطباشير). أما إذا نتجت طبقة الجليد عن التجمد من كلا الجانبين (مثلًا، من الأعلى والأسفل)، فإن شق الصخر يميل إلى أن يكون أعمق (مثلًا، 2-3.5  سم في الطباشير). ^{[ 2 ]}

تتشكل كرة جليدية عندما يكون جسم ما على ارتفاع يتراوح بين 1.5 و30  سم فوق مستوى وصول الماء المتكرر. يشكل الماء طبقة رقيقة من الجليد على أي سطح يصل إليه. كل موجة هي عبارة عن تقدم وانحسار للماء. يغمر التقدم كل شيء على الشاطئ. وعندما تنحسر الموجة، يبقى السطح معرضًا لدرجات حرارة متجمدة. تتسبب هذه اللحظة القصيرة من التعرض في تشكل طبقة رقيقة من الجليد. عندما تُعلق هذه الطبقة في الهواء بواسطة نباتات ميتة أو أجسام منتصبة، يبدأ الجليد في اتخاذ شكل كروي أو يشبه قطرة الدمع. وكما هو الحال في تكوّن نواة التكثيف ، تحتاج الكرة إلى قاعدة غير مائية. غالبًا ما تبدأ الكرة على النباتات كنقطة جليدية على غصن أو ساق. ومع غمر الأمواج للشاطئ بالماء وتعريض الأجسام المبللة لدرجات حرارة متجمدة لفترة وجيزة، تبدأ النقطة في النمو حيث تلتف كل طبقة رقيقة حول الطبقة السابقة. بمرور الوقت، تتشكل كرات أو أشكال تشبه قطرات الدمع.