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🇩🇪 Luxemburg ist eine geologisch vielfältige Stadt. Dieser EarthCache wird dich in das Geheimnis der Frostverwitterung einführen.
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Luxembourg is a geologically diverse city. This EarthCache will introduce you to the secret of frost weathering.
🇫🇷 Luxembourg est une ville géologiquement diversifiée. Ce EarthCache vous fera découvrir le secret de la gélifraction.
Frost Weathering / Frostverwitterung / Gélifraction
🇩🇪 Wenn Wasser in winzige Risse, Poren und Hohlräume des Luxemburger Sandsteins eindringt und anschließend gefriert, vergrößert sich sein Volumen um etwa 9 %. Diese Ausdehnung schwächt nach und nach den Zusammenhalt des Gesteins und führt zu dessen Zerfall.
Diese Prozesse waren besonders während kalter Klimaphasen aktiv, als Frost-Tau-Zyklen häufig auftraten. Wiederholtes Gefrieren und Auftauen führte zur Erweiterung von Rissen, zur Bildung vertikaler Spalten und zum allmählichen Zerfall von Sandsteinblöcken und Hängen. An steilen Felswänden, wie etwa in Steinbrüchen, sind einige dieser Risse noch heute sichtbar.
Neben der reinen Volumenzunahme des Wassers beim Gefrieren spielten auch Eiskeile eine Rolle. Wasser wurde durch Kapillarkräfte in kleine Poren und Risse gezogen, gefror dort und erweiterte die Spalten langsam, wodurch die Zersetzung des Sandsteins zusätzlich beschleunigt wurde.
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When water penetrates tiny cracks, pores, and cavities in Luxembourg sandstone and subsequently freezes, it expands by approximately 9%. This expansion gradually weakens the cohesion of the rock and causes it to fracture.
These processes were most active during cold climatic periods, when freeze-thaw cycles occurred frequently. Repeated freezing and thawing led to the widening of cracks, the formation of vertical fissures, and the gradual breakdown of sandstone blocks and slopes. In steep rock faces, such as quarry walls, these fissures are still visible in some locations today.
In addition to the simple expansion of water upon freezing, ice wedges also contributed to weathering. Water was drawn into small pores and cracks by capillary action, where it froze and slowly widened the fissures, accelerating the disintegration of the sandstone.
🇫🇷 Lorsque l’eau pénètre dans les fines fissures, pores et cavités du grès luxembourgeois et gèle ensuite, son volume augmente d’environ 9 %. Cette expansion affaiblit progressivement la cohésion de la roche et provoque sa fragmentation.
Ces processus ont été particulièrement actifs pendant les périodes climatiques froides, lorsque les cycles de gel et dégel étaient fréquents. Le gel et le dégel répétés ont entraîné l’élargissement des fissures, la formation de fentes verticales et la dégradation progressive des blocs de grès et des pentes. Sur les parois rocheuses abruptes, comme celles des carrières, certaines de ces fissures sont encore visibles aujourd’hui.
En plus de l’expansion simple de l’eau lors de la congélation, les coins de glace ont également joué un rôle. L’eau était aspirée dans les pores et fissures par capillarité, où elle gelait et élargissait progressivement les fissures, accélérant la désintégration du grès.
Ice Segregation / Eissegregation / Ségrégation de glace
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Wenn Wasser in winzige Risse, Poren und Hohlräume des Luxemburger Sandsteins eindringt und anschließend gefriert, vergrößert sich sein Volumen um etwa 9 %. Diese Ausdehnung schwächt nach und nach den Zusammenhalt des Gesteins und führt zu dessen Zerfall.
Besonders intensiv traten diese Prozesse während des Pleistozäns auf, als ein kaltes Klima herrschte und Frost-Tau-Zyklen häufig waren. Wiederholtes Gefrieren und Auftauen führte zum Auflockern und Aufbrechen des Sandsteins, zur Bildung vertikaler Spalten und zum allmählichen Abgleiten und Zerfallen von Hängen. An steilen Wänden von Aufschlüssen, wie in Steinbrüchen, sind manche dieser Risse noch heute sichtbar.
Neben der reinen Volumenausdehnung des Wassers beim Gefrieren spielten auch Eiskeile eine Rolle. Wasser wurde durch Kapillarkräfte in Poren und feine Risse gezogen, gefror dort und vergrößerte die Spalten allmählich, wodurch der Zerfall des Sandsteins zusätzlich beschleunigt wurde.
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Certain frost-susceptible soils expand or heave upon freezing as a result of water migrating via capillary action to grow ice lenses near the freezing front. This same phenomenon occurs within pore spaces of rocks. The ice accumulations grow larger as they attract liquid water from the surrounding pores.
The ice crystal growth weakens the rocks which, in time, break up. It is caused by the expansion of ice when water freezes, putting considerable stress on the walls of containment. This is actually a very common process in all humid, temperate areas where there is exposed rock, especially porous rocks like sandstone. Sand can often be found just under the faces of exposed sandstone where individual grains have been popped off, one by one.
This process is often termed frost spalling. In fact, this is often the most important weathering process for exposed rock in many areas.
🇫🇷 Lorsque l’eau pénètre dans les fines fissures, pores et cavités du grès luxembourgeois et gèle ensuite, son volume augmente d’environ 9 %. Cette expansion affaiblit progressivement la cohésion de la roche et provoque sa fragmentation.
Ces processus étaient particulièrement intenses pendant le Pléistocène, lorsque le climat était froid et que les cycles de gel et dégel étaient fréquents. Le gel et le dégel répétés ont entraîné le relâchement et la fissuration du grès, la formation de fissures verticales et le glissement et la désintégration progressive des pentes. Sur les parois abruptes des affleurements, comme dans les carrières, certaines de ces fissures sont encore visibles aujourd’hui.
Outre l’expansion simple de l’eau lors de la congélation, les coins de glace ont également joué un rôle. L’eau était aspirée dans les pores et fissures par capillarité, où elle gelait et élargissait progressivement les fissures, accélérant ainsi la désintégration du grès.
Volumetric Expansion / Volumenausdehnung / Expansion volumétrique
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Die traditionelle Erklärung für Frostverwitterung beruht auf der Volumenzunahme von Wasser beim Gefrieren. Wenn Wasser zu Eis wird, vergrößert sich sein Volumen um etwa neun Prozent. Unter bestimmten Bedingungen kann diese Ausdehnung genügend Druck erzeugen, um Gestein zu verschieben oder zu zerbrechen. Bei Temperaturen um -22 °C kann das Eis einen Druck von bis zu 207 MPa entwickeln mehr als genug, um jedes Gestein zu spalten.
Damit Frostverwitterung durch Volumenzunahme auftreten kann, muss das Gestein nahezu wassergesättigt sein und sehr wenig Luft enthalten, die den Druck ausgleichen könnte. Das Gefrieren muss von allen Seiten schnell erfolgen, damit das Wasser nicht entweicht und der Druck direkt auf das Gestein wirkt. Da diese Bedingungen selten sind, beschränkt sich dieser Prozess meist auf die äußersten Zentimeter von Felsoberflächen oder auf größere, bereits wassergefüllte Risse in einem Vorgang, der als Eiskeilbildung bekannt ist.
Nicht jede Volumenzunahme entsteht durch den direkten Druck des gefrierenden Wassers. Auch Spannungen in Wasser, das nicht gefroren ist, können Gestein brechen. Wenn das Eiswachstum Spannungen im restlichen Porenwasser erzeugt, die ausreichen, um das Gestein zu sprengen, spricht man von Hydrofrakturierung.
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The traditional explanation for frost weathering is the volumetric expansion of water as it freezes. When water turns into ice, its volume increases by about nine percent. Under certain conditions, this expansion can generate enough pressure to displace or fracture rock. At temperatures around -22 °C, ice growth can produce pressures up to 207 MPa, more than sufficient to break any rock.
For frost weathering to occur through volumetric expansion, the rock must be nearly saturated with water and have very little air that could compress to relieve the pressure. The freezing must happen quickly from all sides so that the water cannot escape, allowing the ice to exert pressure directly on the rock. Because these conditions are rare, this type of frost weathering mainly affects only the outer few centimeters of rock surfaces or larger pre-existing water-filled fractures, in a process known as ice wedging.
Not all volumetric expansion results from the direct freezing pressure. Stresses in water that remains unfrozen can also contribute. When ice growth induces stresses in the remaining pore water that are sufficient to break the rock, the resulting process is called hydrofracturing.
🇫🇷 L’explication traditionnelle de la gélifraction repose sur l’expansion volumétrique de l’eau lorsqu’elle gèle. Lorsque l’eau se transforme en glace, son volume augmente d’environ neuf pour cent. Dans certaines conditions, cette expansion peut générer une pression suffisante pour déplacer ou fracturer la roche. À des températures proches de -22 °C, la croissance de la glace peut produire des pressions allant jusqu’à 207 MPa, largement suffisantes pour casser n’importe quelle roche.
Pour que la gélifraction se produise par expansion volumétrique, la roche doit être presque saturée en eau et contenir très peu d’air pouvant se comprimer pour compenser l’expansion de la glace. La congélation doit se produire rapidement de tous côtés, afin que l’eau ne puisse pas s’échapper et que la pression s’exerce directement sur la roche. Ces conditions étant rares, ce processus n’agit généralement que sur les quelques centimètres superficiels des roches ou sur de grandes fissures déjà remplies d’eau, dans un phénomène appelé coin de glace.
Toute l’expansion volumétrique ne résulte pas de la pression directe de l’eau gelée. Des contraintes dans l’eau qui reste liquide peuvent également provoquer la rupture de la roche. Lorsque la croissance de la glace induit des contraintes dans l’eau des pores suffisantes pour fracturer la roche, on parle alors d’hydrofracturation.
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Um log als "gefunden" anzumelden, musst du mirüber mein Profil eine E-Mail senden und Antworten auf die folgenden Fragen und Aufgaben senden:
1) Erkläre, wie Frostverwitterung abläuft.
2) Untersuche den Felsen neben dem Tor an den ursprünglichen Koordinaten. Welche Anzeichen von Frostverwitterung kannst du daran erkennen?
3) Fühlt sich der natürliche Felsvorsprung zerbrechlich oder fest an? Begründe deine Antwort.
4) Siehst du auch am Tor Anzeichen von Frostverwitterung?
5) Füge deinem Logbuch ein Foto bei, das den Felsvorsprung an den ursprünglichen Koordinaten zeigt, inklusive dir selbst oder deinem GPS-Gerät.
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For log as "found it" please send me answers for those questions via my profile:
1) Explain how the proccess of frost weathering takes place.
2) Explore the rock next to the gate at the initial coordinates. What proofs of frost weathering can you see on it?
3) Does the natural rock outcrop feel fragile or solid? Explain.
4) Do you see evidence of frost weathering even on the gate?
5) Attach a photograph to your log that captures the rock outcrop on initial coordinates including yourself or your GPS device.
🇫🇷 Pour vous connecter comme "trouvé", veuillez m'envoyer des réponses à ces questions via mon profil : 1) Expliquez le processus d'altération par le gel. 2)Examinez le rocher près du portail aux coordonnées initiales. Quelles traces d'altération par le gel pouvez-vous y observer ? 3) Le rocher vous semble-t-il fragile ou solide ? Expliquez. 4) Observez-vous des traces d'altération par le gel, même sur le portail ? 5) Joignez à votre journal une photo du rocher aux coordonnées initiales, où vous apparaissez (vous ou votre GPS).
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Please log the cache immediately after sending your answers, thanks. By DanielKotmel, 2026. Sources -
Frost Weathering [online] Available from https://en.wikipedia.org/wiki/Frost_weathering/ [17. 01. 2026]
The mechanics of frost weathering [online] Available from https://apps.dtic.mil/sti/pdfs/ADA247424.pdf/ [17. 01. 2026]
Sedimentary rocks, weathering and erosion [online] Available from https://geo.libretexts.org/Bookshelves/Geology [17. 01. 2026]
The Miocene Epoch [online] Available from https://ucmp.berkeley.edu/tertiary/miocene.php [17. 01. 2026]
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