Rock Temperatures and Implications for Cold Region Weathering. I: New Data from Viking Valley, Alexander Island, Antarctica

A principal tenet of cold region weathering studies is that of temperature. Unfortunately, despite the appearance to the contrary, actual data are still sadly lacking in many instances. Here data are provided for the best part of two Antarctic winters plus, at two minute resolution, for one summer, from a variety of positions within a dry valley. The data clearly show the dangers of using air temperature as a surrogate for thermal conditions either at the rock surface or at depth in the rock. Although detailed rock moisture data are absent in this study, indirect evidence from both observation and non-destructive ultrasonic testing shows that water is extremely limited during the period of freeze–thaw cycles. Thus, despite the occurrence of the thermal events no damage can result from frost action. Detailed data at two minute intervals show the importance of such high resolution observations. It is argued that without data acquisition at two minute or preferably one minute intervals, it is not possible to discern the weathering regime, including interpreting the freeze–thaw process. These data show that processes such as thermal stress fatigue/shock are possible and that rates of change of temperature ≥ 2°C min−1, as required for thermal shock, do occur. Measurements of taffoni size and occurrence, coupled with Schmidt hammer rebound values, show that the eastern aspect experiences the least weathering whilst the northern and western exposures have the greatest amount. This observation is in accord with separate findings of aspect-controlled orientation of “cryoplanation” terraces at higher elevations. Some speculative suggestions for the cause of this aspect-controlled weathering are given, the most important of which is that it is unlikely that freeze–thaw plays any significant role—a factor that underscores its qualitative presumption in cold regions and questions the origin and development of cryoplanation forms. Beyond anything else, this paper indicates the complexity of rock temperature regimes and suggests that it is the synergistic relationships between different weathering processes that are important. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd. On croit generalement que l'alteration des roches dans les regions froides est controlee par les fluctuations de temperatures. Malheureusement malgre les apparences, des observations precises manquent cruellement dans bien des cas. Dans le present article, des donnees sont fournies pour differentes situations dans une vallee seche de l'Antarctique pendant la plus grande partie de deux hivers, ainsi que, avec une resolution de deux minutes, pendant un ete. Les donnees montrent clairement les dangers d'utiliser les temperatures de l'air et non les temperatures observees a la surface des roches ou en profondeur. Bien que des donnees detaillees d'humidite soient absentes dans la presente etude, des evidences indirectes resultant a la fois d'observations et de tests par ultrasons indiquent que l'eau est extremement limitee pendant la periode ou se produisent les cycles de gel-degel. De ce fait malgre l'occurrence d'evenements thermiques, aucun dommage ne peut resulter de l'action du gel. Des donnees detaillees avec un intervalle de mesures de deux minutes montrent l'importance d'observations a haute resolution. Il est demontre que sans observation avec cet intervalle, ou ce qui serait encore mieux avec des intervalles d'une minute, il n'est pas possible de discerner le regime d'alteration, et meme d'interpreter les processus de gel-degel. Ces donnees montrent que des processus comme la fatigue (due aux chocs thermiques) sont possibles et que des vitesses de changements de temperature superieures ou egales a 2°C par minute, valeur necessaire pour avoir un choc thermique, existent dans l'environnement etudie. Des mesures de la taille et de l'occurrence des taffonis, mises en rapport avec les valeur obtenues avec le marteau de Schmidt montrent que les expositions a l'est presentent le moins d'alteration tandis que les expositions au nord et a l'ouest en subissent le plus. Cette observation est en accord avec des observations independantes sur l'orientation des terrasses de cryoplanation a des altitudes plus elevees. Quelques suppositions quant au controle de l'alteration sont donnees, la plus importante etant qu'il est improbable que le gel-degel joue un role significatif. Tout cela minimise l'importance de ce facteur dans les regions froides et pose des questions sur l'origine et le developpement des formes de cryoplanation. Avant tout, le present article montre la complexite des regimes thermiques des roches et suggere qu'il y a des relations importantes de synergie entre differents processus d'alteration. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.