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 généralement que l'altération des roches dans les régions froides est contrôlée par les fluctuations de températures. Malheureusement malgré les apparences, des observations précises manquent cruellement dans bien des cas. Dans le présent article, des données sont fournies pour différentes situations dans une vallée sèche de l'Antarctique pendant la plus grande partie de deux hivers, ainsi que, avec une résolution de deux minutes, pendant un été. Les données montrent clairement les dangers d'utiliser les températures de l'air et non les températures observées à la surface des roches ou en profondeur. Bien que des données détaillées d'humidité soient absentes dans la présente étude, des évidences indirectes résultant à la fois d'observations et de tests par ultrasons indiquent que l'eau est extrêmement limitée pendant la période où se produisent les cycles de gel‐dégel. De ce fait malgré l'occurrence d'événements thermiques, aucun dommage ne peut résulter de l'action du gel. Des données détaillées avec un intervalle de mesures de deux minutes montrent l'importance d'observations à haute résolution. Il est démontré 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 régime d'altération, et même d'interpréter les processus de gel‐dégel. Ces données montrent que des processus comme la fatigue (due aux chocs thermiques) sont possibles et que des vitesses de changements de température supérieures ou égales á 2°C par minute, valeur nécessaire pour avoir un choc thermique, existent dans l'environnement étudié. 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 à l'est présentent le moins d'altération tandis que les expositions au nord et à l'ouest en subissent le plus. Cette observation est en accord avec des observations indépendantes sur l'orientation des terrasses de cryoplanation à des altitudes plus élevées. Quelques suppositions quant au contrôle de l'altération sont données, la plus importante étant qu'il est improbable que le gel‐dégel joue un rôle significatif. Tout cela minimise l'importance de ce facteur dans les régions froides et pose des questions sur l'origine et le développement des formes de cryoplanation. Avant tout, le présent article montre la complexité des régimes thermiques des roches et suggère qu'il y a des relations importantes de synergie entre différents processus d'altération. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.