Original paper

Near-surface rockwall temperatures in high Drakensberg basalt: spatio-temporal differences and possible implications for weathering

Grab, Stefan; Walter,

Abstract

The objective is to investigate the spatio-temporal differences in rock temperatures along north- and south-facing rock scarps in the high Drakensberg. High frequency monitoring was undertaken during winter 2001 and summer 2002, with logging intervals set at one, two and fifteen minutes, whilst recording depths varied from the surface to 10 cm depth. Mean winter month rock temperatures vary from 11.9°C on the north-face to − 6.5°C on the south-face. Mean rock temperatures on both aspects generally increase from the surface towards 10 cm depth. Whilst the maximum rate to temperature change reached 3.6°C min−1 on the north-face, the maximum recorded value on the south-face was only 1.13°C min−1. Steep thermal gradients of up to 14°C/5 mm occur on the north-face, and it is suggested that this may initiate thermal stresses. It is proposed that the pronounced spatial variations in rock surface weathering expressions are a product of the corresponding weathering processes, which to a large part are controlled by differences in rock thermal characteristics.

Kurzfassung

Objekt der Studie ist die räumlich-zeitliche Temperaturdifferenzierung an nord- und südexponierten Steilwänden in den hohen Drakensbergen, die im Winter 2001 und im Sommer 2002 mit Intervallen von 1, 2 und 15 Minuten in variabler Tiefe bis 10 cm von der Oberfläche gemessen wurden. Die durchschnittlichen Wintertemperaturen an den Felsflächen variierten von 11,9° an der Nordexposition zu −6,5° an der Südexposition. Die Temperaturen stiegen in dem Fels bis zu 10 cm Tiefe an, wobei die größte Anstiegsrate in der Nordexposition 3,6° min−1 betrug, während in der Südexposition nur 1,13° min−1 erreicht wurden. Steile thermische Gradienten kamen mit 14°/5 mm in der Nordexposition vor und ließen einen thermischen Stress vermuten. Es ist daher anzunehmen, dass die räumlichen Varianten der Verwitterungsformen auf Verwitterungsprozesse zurückgehen, die zu einem großen Teil von den thermischen Differenzen in den Gesteinen kontrolliert werden. French L'objectif est d'étudier les contrastes températures entre les escarpements rocheux orientés vers le nord et le sud sur le haut Drakensberg. Des mesures à haute fréquence ont été menées pendant l'hiver 2001 et l'été 2002, à des intervalles de deux à quinze minutes, à des profondeurs comprises entre la surface et dix centimètres. La température moyenne au cours des mois d'hiver a été de 11,9°C sur les faces nord et −6,5°C sur les faces sud, et elle s'accroît généralement en profondeur. Tandis que le taux maximal de changement de température a atteint 3,6°C mn−1 sur les faces nord, il n'était que de 1,13°C mn−1 sur les faces sud. De forts gradients thermiques, atteignant 14°C en 5 mm sur les faces nord, ont été mesurés, et il est suggéré qu'ils peuvent engendrer des chocs thermiques. Il est proposé que les variations spatiales prononcées observées dans l'expression de surface de la météorisation sont le produit des processus eux-mêmes très largement contrôlés par les différences de température subies par les roches.