霜による風化

凍結風化は、水が氷に凍結することによって生じる応力によって引き起こされるいくつかの機械的風化プロセスを総称する用語です。この用語は、凍結破砕、凍結楔作用、凍結破壊など、さまざまなプロセスを包括する用語として機能します。このプロセスは、数分から数年、鉱物粒子の剥離から巨礫の破壊まで、空間的および時間的に幅広いスケールで作用する可能性があります。これは、高地および高緯度地域で最も顕著であり、特に高山気候、周氷河気候、亜極海洋性気候、極地気候に関連していますが、水が存在する場合は、氷点下の温度（-3～-8 °C (27～18 °F) ）であればどこでも発生する可能性があります。^{[ 1 ]}  

霜に弱い土壌は、凍結時に毛細管現象によって水が移動し、凍結前線付近に氷のレンズが形成されるため、膨張または隆起します。 ^{[ 2 ]}岩石の空隙内でも同様の現象が起こります。氷の蓄積は、周囲の空隙から液体の水を引き寄せるにつれて大きくなります。氷の結晶の成長は岩石を弱め、やがて岩石は崩壊します。^{[ 3 ]}これは、水が凍るときに氷が膨張し、囲いの壁にかなりのストレスがかかることが原因です。これは、露出した岩石、特に砂岩のような多孔質の岩石がある湿潤な温帯地域では、実際には非常に一般的なプロセスです。砂は、個々の砂粒が一つずつ剥がれ落ちた露出した砂岩の表面のすぐ下によく見られます。このプロセスは、しばしば霜の剥離と呼ばれます。実際、これは多くの地域で露出した岩石にとって最も重要な風化プロセスであることが多いです。

同様のプロセスはアスファルト舗装にも作用し、さまざまな形態のひび割れやその他の損傷を引き起こし、交通や水の浸入と相まって、わだち掘れ、ポットホールの形成^{[ 4 ]}、その他の舗装の粗さの形態を加速させます^{[ 5 ] 。}

霜風化の従来の説明は、凍結する水の体積膨張でした。水が凍って氷になると、体積は9パーセント増加します。特定の状況下では、この膨張によって岩石が移動したり、破壊されたりすることがあります。-22 °C の温度では、氷の成長によって最大 207 MPa の圧力が発生することが知られており、これは岩石を破壊するのに十分すぎるほどです。^{[ 6 ] [ 7 ]}体積膨張による霜風化が発生するには、岩石には氷の膨張を補償するために圧縮できる空気がほとんどない必要があり、つまり、水が移動せず岩石に圧力がかかるように、岩石は水で飽和し、あらゆる方向から急速に凍結する必要があります。^{[ 6 ]}これらの条件はまれであると考えられており、^{[ 6 ]}岩石表面から数センチメートル以内の重要なプロセスと、氷楔作用と呼ばれるプロセスで既存のより大きな水で満たされた割れ目に限定されます。

体積膨張は必ずしも凍結水の圧力によって引き起こされるわけではなく、凍結していない水に含まれる応力によっても引き起こされることがあります。氷の成長によって間隙水に応力が生じ、岩石が破壊される場合、その結果は水圧破砕と呼ばれます。水圧破砕は、岩石中の大きな相互接続された間隙や大きな水圧勾配によって促進されます。間隙が小さい場合、岩石の一部で水が非常に急速に凍結すると水が押し出され、水が移動する速度よりも速く押し出されると、圧力が上昇して岩石が破砕される可能性があります。

物理的風化の研究が1900年頃に始まって以来、1980年代までは体積膨張が霜風化の主なプロセスであると考えられていました。^{[ 8 ]}この見解は、1985年と1986年にウォルダーとハレットによって発表された論文で異議を唱えられました。^{[ 6 ] [ 8 ]}現在では、松岡やマートンなどの研究者は、「体積膨張による霜風化に必要な条件」は異常であると考えています。^{[ 6 ]}しかし、最近の文献の大部分は、氷の分離が一般的な現象の定量的モデルを提供できるのに対し、従来の単純な体積膨張ではそれができないことを示しています。^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

• 静水圧は、山岳地帯における流出路を氷が塞ぐことと相まって、浸食を引き起こす可能性もある。
• 氷圧による構造物の損傷 – 凍結した水によって引き起こされる損傷 
• 間隙水圧– 土壌や岩石内部の粒子間の隙間に保持されている地下水の圧力 
• 風化
• ブラッチェン– アルプスの特定の岩石の風化生成物 
• ソリフラクション– 凍結融解による斜面崩壊プロセス