Original paper

Rock surface temperatures in southern Namibia and implications for thermally-driven physical weathering

Sumner, P.D. Hedding

Abstract

Rock surface temperatures were measured over a three year period on a granitegneiss boulder on top of an inselberg in the southern Namibia Desert, southwestern Africa. Aspect orientation was considered through diurnal minimum and maximum temperature measurements taken by sensors on the upper, north-facing and south-facing rock surface. In addition, minute-duration temperatures were recorded on a horizontal surface. Although several periods of data are missing, diurnal records indicate a high propensity for thermal fatigue on the upper and northern-facing rock surface. The records from the shaded south-facing surface approximate values measured for air temperature. Rapid changes, as measured over minute-durations, show that thermal shock (where ΔT/t exceeds 2°C/min) is probably limited to cooling during precipitation events but that changes exceeding 1°C/min are frequent and likely to contribute to fatigue throughout the year. Fracture patterns observed on isolated core stone remnants support the contention for thermally-driven mechanical weathering, but more detailed data on field moisture conditions combined with field temperatures and laboratory simulation are still required to elucidate the relative contribution of weathering processes.

Kurzfassung

Über einen Zeitraum von drei Jahren wurden Felsoberflächentemperaturen an einem Granitgneiss-Block auf einem Inselberg in der südlichen Namib, südwestliches Afrika, gemessen. Die Expositionsrichtung wurde berücksichtigt mittels täglicher Temperaturminima und -maxima-Messungen mit Sensoren auf der horizontal nach oben gerichteten, nord- und südexponierten Oberfläche. Außerdem wurden Temperaturen auf der horizontalen Oberfläche für die Dauer von jeweils einer Minute gemessen. Obwohl einige Datenlücken auftraten, beinhalten die täglichen Messwerte eine hohe Wahrscheinlichkeit der horizontalen und nordexponierten Oberfläche für thermische Ermüdung. Die Werte auf der beschatteten südexponierten Oberfläche entsprechen weitgehend denen der gemessenen Lufttemperaturen. Rasche Temperaturveränderungen, wie sie die minutenlangen Messintervalle ergaben, zeigen, dass thermischer Schock (d.h. wenn ΔT/t die Rate von 2°C/min übersteigt) vermutlich nur im Verbund mit Niederschlagsereignissen eintritt; dagegen treten Veränderungsraten von mehr als 1°C/min durchaus häufig auf und tragen wahrscheinlich zur Ermüdung im Jahresgang bei. Risse in der Gesteinsoberfläche, wie sie auf isolierten, ehemaligen Kernsteinen gefunden wurden, unterstützen die Annahme temperaturgesteuerter physikalischer Verwitterung. Weitere detaillierte Feldmessungen zu Feuchtigkeit und Temperatur im Gelände, unterstützt von Laborsimulationen, sind jedoch erforderlich, um den relativen Beitrag der Einzelparameter zu den Verwitterungsprozessen zu klären. French Les températures de surface d'un bloc granito-gneissique, situé sur un inselberg au Sud du Désert de la Namib, ont été mesurées pendant trois ans. L'exposition du bloc était considérée par le prélèvement des minima/maxima de la température à l'aide d'un sensor sur la surface exposé vers le nord et vers le sud. En plus, les températures sur la surface horizontale ont été mesurées en séquence par minute. Malgré quelques pertes de dates, les prélèvements quotidiens indiquent une forte probabilité de la désagrégation thérmique de la surface horizontale et celui exposée vers le nord. Les températures de la surface Sud, à l'ombre, correspondent quasiment aux températures de l'air. Des changements abruptes de la température identifiés par les prélèvements par minute montrent que le choc thérmique (ΔT/t 1°C arrivent fréquemment et à long terme contribuent à la désagrégation de la roche. Des fissures à la surface de la roche comme elles ont été trouvées sur des blocs isolées indiquent également l'altération physique par température. Des prélèvements détaillés supplémentaires de la température et de l'humidité de l'air sur le terrain et en laboratoire sont nécessaires pour élucider l'apport relatif des paramètres à l'altération.