The periglacial environment

The Periglacial Environment......Page 1
The Periglacial Environment......Page 2
Copyright......Page 3
Contents......Page 4
Preface to First Edition......Page 12
Preface to Second Edition......Page 14
Preface to Third Edition......Page 16
PART I The Periglacial Domain
......Page 19
1.1. THE PERIGLACIAL CONCEPT......Page 20
1.2.1. The Growth of Geocryology......Page 24
1.2.3. Modern Periglacial Geomorphology......Page 25
1.3. THE GROWTH OF PERIGLACIAL KNOWLEDGE......Page 26
1.4. THE PERIGLACIAL DOMAIN......Page 28
1.5.1. Permafrost-Related Processes and Landforms......Page 30
1.5.4. Applied Periglacial Geomorphology......Page 31
DISCUSSION QUESTIONS......Page 32
2.2. PROGLACIAL, PARAGLACIAL OR PERIGLACIAL?......Page 33
2.3.1. Beaufort Plain, Northwest Banks Island, Arctic Canada......Page 35
2.3.2. Barn Mountains, Northern Interior Yukon Territory, Canada......Page 39
2.4.1. Chalk Uplands, Southern England and Northern France......Page 42
2.4.2. Pine Barrens, Southern New Jersey, Eastern USA......Page 43
a General......Page 45
e Pine Barrens, Southern New Jersey, Eastern USA......Page 46
DISCUSSION TOPICS......Page 47
3.1. BOUNDARY CONDITIONS......Page 48
3.2. PERIGLACIAL CLIMATES......Page 49
3.2.1. High Arctic Climates......Page 51
3.2.3. Qinghai-Xizang Tibet Plateau......Page 55
3.2.5. Climates of Low Annual Temperature Range......Page 56
3.3. GROUND CLIMATES......Page 57
3.3.1. The n-Factor......Page 58
3.3.2. The Thermal Offset......Page 59
3.4. PERIGLACIAL CLIMATES AND THE CRYOSPHERE......Page 61
ADVANCED READING......Page 62
DISCUSSION TOPICS......Page 63
PART II Present-Day Periglacial Environments
......Page 64
4.2. GROUND FREEZING......Page 65
4.2.1. The Freezing Process......Page 66
4.2.2. Ice Segregation......Page 68
4.2.3. The Frozen Fringe......Page 69
4.2.4. Frost Heave......Page 70
4.3. FREEZING AND THAWING......Page 71
4.4.1. The Seasonal Regime......Page 73
4.5. ROCK FROST? SHATTERING......Page 76
4.5.1. Frost Action and Ice Segregation......Page 77
4.5.2. Frost Weathering Models......Page 79
4.5.3. Insolation Weathering and Thermal Shock......Page 80
4.5.4. Discussion and Perspective......Page 83
4.6.1. General......Page 84
4.6.2. Solution and Karstifi cation......Page 85
4.6.3. Salt Weathering......Page 88
4.7. CRYOGENIC WEATHERING......Page 91
4.9. CRYOPEDOLOGY......Page 95
4.9.1. Cryosols......Page 96
4.9.2. Soil Micromorphology......Page 97
DISCUSSION TOPICS......Page 98
5.1.1. Defi nition......Page 99
5.2. THERMAL AND PHYSICAL PROPERTIES......Page 101
5.2.1. The Geothermal Regime......Page 102
5.2.2. Physical Properties......Page 105
5.3. HOW DOES PERMAFROST AGGRADE?......Page 106
5.3.1. General Principles......Page 107
5.3.2. The Illisarvik Drained-Lake Experiment......Page 108
5.4. DISTRIBUTION OF PERMAFROST......Page 110
5.4.1. Latitudinal Permafrost......Page 111
5.4.2. Alpine Mountain Permafrost......Page 114
5.4.3. Montane Permafrost of Central Asia and China......Page 117
5.5.2. Relict Terrestrial Permafrost......Page 119
5.6. PERMAFROST HYDROLOGY......Page 120
5.6.1. Aquifers......Page 121
5.6.3. Groundwater Icings......Page 122
5.7.1. Relief and Aspect......Page 123
5.7.3. Vegetation......Page 124
5.7.4. Snow Cover......Page 125
5.7.5. Fire......Page 126
5.8. THE ACTIVE LAYER......Page 127
5.8.1. The Transient Layer......Page 128
5.8.3. Active-Layer Thermal Regime......Page 130
DISCUSSION TOPICS......Page 131
6.2.1. Coeffi cients of Thermal Expansion and Contraction......Page 132
6.2.2. Ice, Sand, and Soil Wedges......Page 133
6.2.3. Development of the Polygon Net......Page 135
6.2.4. Polygon Morphology......Page 137
6.2.5. Controls over Cracking......Page 139
6.2.6. Climatic Signifi cance......Page 140
6.3. ORGANIC TERRAIN......Page 143
6.3.1. Palsas......Page 144
6.4. ROCK GLACIERS......Page 145
6.4.1. Creeping Permafrost......Page 146
6.4.3. Origin......Page 147
6.5.1. Perennial-Frost Mounds......Page 150
6.5.2. Hydraulic Open System Pingos......Page 152
6.5.3. Hydrostatic Closed System Pingos......Page 153
6.5.5. Seasonal-Frost Mounds......Page 156
6.6. ACTIVE-LAYER PHENOMENA......Page 158
6.6.1. Bedrock Heave......Page 159
6.6.3. Cryoturbation and Frost Heave......Page 160
6.6.4. Frost Sorting......Page 162
6.6.5. Patterned Ground......Page 164
DISCUSSION TOPICS......Page 168
7.1. INTRODUCTION......Page 169
7.2. CLASSIFICATION......Page 170
7.2.1. Pore Ice......Page 172
7.2.2. Segregated Ice......Page 173
7.2.3. Intrusive Ice......Page 174
7.3.1. Amounts......Page 175
7.3.2. Distribution with Depth......Page 177
7.3.4. Ice in Unconsolidated Sediments......Page 178
7.4. CRYOSTRATIGRAPHY AND CRYOLITHOLOGY......Page 180
7.4.1. Cryostructures, Cryotextures, and Cryofacies......Page 181
7.4.2. Epigenetic and Syngenetic Cryostructures......Page 183
7.4.3. Thaw Unconformities......Page 187
7.4.5. Ice Geochemistry......Page 189
7.4.6. Cryostratigraphy and Past Environments......Page 191
7.5. ICE WEDGES......Page 192
7.5.1. Epigenetic Wedges......Page 193
7.5.2. Syngenetic Wedges......Page 195
7.5.3. Anti-Syngenetic Wedges......Page 196
7.6.1. Nature and Extent......Page 197
7.6.2. Intra-Sedimental Ice......Page 199
ADVANCED READING......Page 200
DISCUSSION TOPICS......Page 201
8.1. INTRODUCTION......Page 202
8.2.1. General......Page 203
8.2.2. Specifi c......Page 205
8.3.2. Thermal Erosion......Page 207
8.4.1. Involuted Sediments......Page 209
8.4.2. Retrogressive-Thaw-Slumps and Debris-Flow Deposits......Page 210
8.4.3. Ice-Wedge Pseudomorphs and Composite-Wedge Casts......Page 211
8.5.1. Low-Centered Polygons......Page 214
8.5.2. High-Centered Polygons......Page 216
8.6. THAW LAKES AND DEPRESSIONS......Page 217
8.6.2. Growth and Drainage......Page 219
8.6.3. Oriented Thaw Lakes......Page 221
8.7. THERMOKARST-AFFECTED TERRAIN......Page 222
8.7.1. The Lowlands of Central and Northern Siberia......Page 223
8.7.2. The Western North American Arctic......Page 225
8.8.1. Causes......Page 226
8.8.2. Case Studies......Page 229
DISCUSSION TOPICS......Page 231
9.2. SLOPE MORPHOLOGY......Page 232
9.2.1. The Free-Face Model......Page 233
9.2.2. Rectilinear Debris-Mantled Slopes......Page 234
9.2.3. Convexo-Concavo Debris-Mantled Slopes......Page 235
9.2.4. Pediment-Like Slopes......Page 237
9.2.5. Stepped Profi les......Page 239
9.3. MASS WASTING......Page 240
9.4.1. Solifl uction......Page 241
9.4.2. Frost Creep......Page 243
9.4.3. Gelifluction......Page 244
9.4.4. Solifl uction Deposits and Phenomena......Page 245
9.5.1. Active-Layer-Detachment Slides......Page 248
9.5.2. Debris Flows, Slushfl ows, and Avalanches......Page 249
9.5.3. Rockfall......Page 251
9.6. SLOPEWASH......Page 253
9.6.1. Snow-Bank Hydrology......Page 254
9.6.2. Surface and Subsurface Wash......Page 255
9.7.1. Permafrost Creep......Page 257
9.7.2. Thermokarst and Thaw Consolidation......Page 258
9.7.3. Stability of Thawing Slopes......Page 259
9.8.1. Cryoplanation......Page 260
9.8.3. Rapidity of Profi le Change......Page 262
DISCUSSION TOPICS......Page 263
10.2. FLUVIAL PROCESSES AND LANDFORMS......Page 264
10.2.1. Major Rivers......Page 265
10.2.2. Freeze-Up and Break-Up......Page 267
10.2.3. Basin Hydrology......Page 270
10.2.4. Sediment Flow, Surface Transport, and Denudation......Page 273
10.2.6. Channel Morphology......Page 276
10.2.7. Valley Asymmetry......Page 279
10.3. EOLIAN PROCESSES AND SEDIMENTS......Page 280
10.3.1. Wind Abrasion......Page 281
10.3.3. Niveo-Eolian Sediments......Page 284
10.3.4. Loess-Like Silt......Page 285
10.3.5. Sand Dunes and Sand Sheets......Page 286
10.4.1. The Coastal?Sea-Ice Interface......Page 288
10.4.2. Sea Ice, Wave Generation, and Sediment Transport......Page 289
10.4.3. Ice on the Beach......Page 291
10.4.4. The Infl uence of Permafrost and Ground Ice......Page 292
10.4.5. Cold-Climate Deltas......Page 293
DISCUSSION TOPICS......Page 295
PART III Quaternary and Late-Pleistocene Periglacial Environments
......Page 296
11.2. THE TIME SCALE AND CLIMATIC FLUCTUATIONS......Page 297
11.3.1. Sea-Level Changes......Page 301
11.3.2. Uplift of Qinghai-Xizang Tibet Plateau......Page 304
11.4.1. Extent of Past Glaciations......Page 305
11.4.2. Relict Permafrost......Page 307
11.4.3. Syngenetic Permafrost Growth......Page 308
11.4.4. Loess Deposition......Page 309
11.4.5. Mass Wasting and “Muck? Deposits......Page 310
11.5.1. General Considerations......Page 312
11.5.3. Perennial or Seasonal Frost?......Page 314
11.5.5. Extent in the Northern Hemisphere......Page 316
11.6. CONCLUSIONS......Page 320
DISCUSSION TOPICS......Page 321
12.2.1. The Paleo-Permafrost Table......Page 322
12.2.2. Frost-Fissure Pseudomorphs and Casts......Page 324
12.2.3. Frost-Mound Remnants......Page 329
12.3.1. Thermokarst Depressions......Page 331
12.3.3. Thermokarst Involutions and Sediment-Filled Pots......Page 332
12.3.4. Large-Scale Soft-Sediment Deformations......Page 334
12.3.5. Non-Diastrophic Structures in Bedrock......Page 336
12.4. SUMMARY......Page 337
DISCUSSION TOPICS......Page 339
13.1. INTRODUCTION......Page 340
13.2.2. Frost-Disturbed Bedrock......Page 341
13.2.3. Stratifi ed Slope Deposits......Page 344
13.2.4. Head and Solifl uction Deposits......Page 345
13.2.5. Frost-Disturbed Soils and Structures Involutions......Page 346
13.3.1. Wind-Abraded Rocks......Page 348
13.3.2. Eolian Silt Loess......Page 349
13.3.3. Cold-Climate Eolian Sand......Page 350
13.4. FLUVIAL ACTIVITY......Page 351
13.4.1. Major Rivers......Page 353
13.4.2. Asymmetrical Valleys......Page 354
13.4.3. Dells and Periglacial Valleys......Page 356
13.5.2. Valley-Bottom Aggradation......Page 357
13.5.3. Smoothing of Slopes......Page 360
DISCUSSION TOPICS......Page 362
PART IV Applied Periglacial Geomorphology
......Page 363
14.1. INTRODUCTION......Page 364
14.2.1. General Principles......Page 365
14.2.2. General Solutions......Page 366
14.3. PROVISION OF MUNICIPAL SERVICES AND URBAN INFRASTRUCTURE......Page 371
14.4. CONSTRUCTION OF BUILDINGS AND HOUSES......Page 372
14.5. WATER-SUPPLY PROBLEMS......Page 374
14.6. ROADS, BRIDGES, RAILWAYS, AND AIRSTRIPS......Page 377
14.7.1. Exploration Problems......Page 380
14.7.2. Waste-Drilling-Fluid Disposal Problems......Page 381
14.7.3. Pipelines and Permafrost......Page 382
14.8. MINING ACTIVITIES......Page 384
DISCUSSION TOPICS......Page 385
15.1. GLOBAL CHANGE AND COLD REGIONS......Page 386
15.2. CLIMATE CHANGE AND PERMAFROST......Page 388
15.2.2. Thickness of the Active Layer......Page 389
15.2.3. Extent of Permafrost......Page 390
15.2.4. Changes in Cryogenic Processes......Page 391
15.3.1. Seasonal-Snow Cover......Page 394
15.3.3. Gas Hydrates and Methane......Page 395
15.3.5. Boreal Forest, Tundra, and Polar Desert Ecosystems......Page 396
15.4. THE URBAN INFRASTRUCTURE......Page 397
ADVANCED READING......Page 399
DISCUSSION TOPICS......Page 400
References......Page 401
Index......Page 462