Категорії ґрунтової вологи

Агрегатний стан води

Тема 9 Ґрунтова вода, водяні властивості і водяний режим ґрунтів

Ґрунт як багатофазна, полідисперсна система спроможна поглинати й утримувати воду. У ній завжди знаходиться визначена кількість вологи. Утримання вологи у відсотках до маси сухого ґрунту (висушеної при 105°С) характеризує вологість ґрунту (її можна виражати у відсотках від обсягу ґрунту, у мм, у м³/га).

Вода надходить у ґрунт у виді атмосферних осадків, ґрунтових вод, при конденсації водяних парів з атмосфери, при зрошенні.

Ґрунтова вода - життєва основа рослин, ґрунтової фауни і мікрофлори.

Від складу води в ґрунті залежать інтенсивність біологічних, хімічних і фізико-хімічних процесів, які протікають у воді. Пересування речовин у ґрунті, водно-повітряний, живильний і тепловий режим, її фізико-механічні властивості, тобто найважливіші показники ґрунтової родючості.

Вода в ґрунті може знаходиться у всіх трьох станах: твердому (лід), рідкому і пароподібному.

Пароподібна вода. Утримується в ґрунтовому повітрі, у порах, вільних від води. Пари води надходять у ґрунт з атмосфери і постійно утворяться в ґрунті при випарі рідкої води і льоду. Вони переміщаються по профілі ґрунту й в атмосферу з током ґрунтового повітря і диффузіонно відповідно до градієнту тиску пару.

Ґрунтове повітря звичайно насичене парами води. Відносна вологість ґрунтового повітря близьке до 100%. На переміщення парів води в ґрунті великий вплив робить температура ґрунту. З підвищенням температури збільшується тиск водяного пари і він пересувається від теплих прошарків ґрунту до більш холодного. У зв'язку з цим у ґрунті спостерігаються висхідні і спадні сезонні і добові потоки водяного пари. Конденсуючись, пар переходить у рідку воду.

Тверда вода. Лід - потенційне джерело рідкої і пароподібної води. Ці воду безпосередньо не використовують рослини, хоча вона і може служити резервуар доступної вологи. Лід переходить у рідкий і пароподібний стан при температурі вище 0°С.

Рідка і пароподібна вода в ґрунті піддається впливу різноманітних природних сил: сорбційних, капілярних, осмотичних і гравітаційних. Під їхнім впливом змінюються властивості ґрунтової води, її рухливість і доступність рослинам.

На поверхні поділу твердої фази ґрунту з рідкої виявляються сорбційні і капілярні сили, природа яких обумовлена поверхневою енергією твердих часток і води.

Ґрунтові частки, володіючи поверхневою енергією, спроможні притягати дипольні молекули води. Поглинання твердими частками ґрунту молекул пароподібної і рідкої води називається процесом сорбції води.

Капілярні сили виникають на межі поділу тверда фаза ґрунту - вода і повітря в капілярних порах і обумовлені поверхневим натягом води і явищем змочування. Поверхневий натяг води - міра некомпенсованості молекулярних сил у поверхневому прошарку. Вода, змочуючи тверді частки, викликає утворення увігнутих менісків у капілярах, що призводить до створення негативного капілярного тиску за рахунок сил поверхневого натягу, що діють по дотичної до поверхні поділу тверда фаза ґрунту і вода. При негативному капілярному тиску вода піднімається й утримується в капілярних порах і може зробити стягуючу дію на стінки капілярів і викликати об'ємні деформації в ґрунті. Прямування води в капілярах обумовлюється різницею капілярних тисків, що виникають у результаті різноманітної кривизни менісків.

Сорбційні капілярні сили, що утримують воду, у ґрунті протистоять гравітаційним, під впливом яких створюється спадне пересування вологи.

Осмотичні сили. Осмотичні сили в ґрунті обумовлюються взаємодією іонів розчинених речовин (включаючи й обмінні катіони) із молекулами води. Конкретним вираженням осмотичних сил є осмотичний тиск ґрунтового розчину.

Потенціал ґрунтової вологи. При різноманітному вмісті води в ґрунті сили, що утримують воду, неоднакові. Тому, щоб оцінити рухливість і доступність рослинам вологи, необхідно мати уявлення про її енергетичний стан, або потенціалі ґрунтової вологи.

Потенціал ґрунтової вологи характеризує енергію утримання води. У ґрунті, насиченим водою, потенціал ґрунтової вологи практично дорівнює нулю. З зменшенням вологості потенціал падає, а негативне його значення зростає. Вода завжди рухається з зони з високим потенціалом у зону з більш низьким. Тому в міру випару ґрунту одночасно росте спроможність ґрунту поглинати, усмоктувати воду. Така спроможність одержала назву сисної сили або усмоктувального тиску, еквівалентного потенціалу ґрунтової вологи. Тиск ґрунтової вологи виражають у паскалях (Па).

Категорії ґрунтової вологи. Виділяють такі основні категорії і форми ґрунтової води, що різняться між собою тривкістю зв'язку з твердою фазою ґрунту і ступенем рухливості.

Зв'язана вода утвориться шляхом сорбції пароподібної і рідкої води на поверхні твердих часток ґрунту. Розрізняють прочнозв’язану і рихлозв’язану воду.

Прочнозв’язана (гігроскопічна) вода утвориться в результаті адсорбції парів води на поверхні твердих часток ґрунту, безпосередньо примикає до них у виді плівки з 2-3 орієнтованих прошарків молекул води. Гігроскопічна вода утримується дуже міцно, цілком недоступна рослинам, відрізняється по властивостях від вільної води. Має підвищену щільність, низкою електропровідністю, не розчиняє речовини, розчинні у вільній воді, замерзає при низькій температурі (від –4°С до –7°С).

Сорбційні сили поверхні ґрунтових часток не насичуються цілком за рахунок пароподібної води. При зіткненні твердих часток ґрунту з рідкою водою утвориться додаткова плівка зі слабоориентированних молекул води. Товщина цієї плівки може досягати декількох десятків молекул води. Додатково сорбірованная вода називається рихлозв’язаною, утримується менше міцно, може пересуватися від ґрунтової частки з більшою плівкою до тих часткам, де плівка тоньше. Для рослин ця вода доступна лише частково, від властивостей вільної води відрізняється менше різко, чим прочнозв’язана.

Вільна вода не пов'язана силами тяжіння з ґрунтовими частками, доступна рослинам. Розрізняють дві форми вільної води в ґрунті - капілярну і гравітаційну.

Капілярна вода заповнює капілярні пори, пересувається в них під впливом капілярних сил. У залежності від характеру зволоження розрізняють капілярно-підвіщену і капілярно-підперту воду. При зволоженні ґрунти поверх (атмосферні осадки, зрошувальні води) формується капілярно-підвішена вода, серед якого виділяється декілька видів вологи: плівково-підвішена - частина капілярної води, роз'єднана «пробками» плівкової води. Характерна для ґрунтів суглинного і глинистого механічного складу; внутриагрегатная підвішена - вода, що заповнює капіляри комочків структурного ґрунту; стикова підвішена волога подана окремими роз'єднаними водяними скупченнями на стику між твердими частками ґрунту. Характерна для піщаних ґрунтів.

При зволоженні ґрунти знизу (від ґрунтових вод) у ґрунті утвориться капілярно-підперта вода. Зона капілярного насичення над ґрунтовою водою називається капілярною каймою.

Гравітаційна вода розміщається в значних некапілярних порах, легко пересувається по профілі ґрунту під дією гравітаційних сил. Розрізняють гравітаційну воду, що просочується і вологу водоносних обріїв. Волога водоносних обріїв утворить ґрунтово-ґрунтові води над водоупорним прошарком.

Дата добавления: 2014-01-04