Поиск

Движение и изменение состояния парообразной воды
29.10.2015

Содержание парообразной воды во влажной почве близко к точке насыщения воздуха парами. Поэтому изменения температуры внутри-почвенных горизонтов или приземного слоя воздуха легко вызывают переход парообразной воды в капельно-жидкое состояние (конденсация).
Передвижение парообразной воды в толще почвенного профиля в те периоды, когда почвенный воздух близок к насыщению парами до 100%, связано главным образом с изменениями давления и температуры. Пары передвигаются от участков с большим давлением (большей температуры) к участкам с меньшим давлением (меньшей температуры), где они и конденсируются в капельно-жидкую воду.
В сухих почвах (с влажностью меньше максимальной гигроскопичности) большая роль, кроме температуры и давления, в направлении движения парообразной влаги принадлежит величине влажности почвы.
Можно различать следующие основные случаи передвижения и конденсации паров воды в почвах: термическая конденсация атмосферных паров на поверхности почвы (росообразование), молекулярная и капиллярная конденсация паров в почве, внутрипочвенная термическая перегонка и конденсация водяных паров.
Конденсация атмосферных паров на поверхности почвы и на покрове растительности (росообразование) происходит в тех случаях, когда температура прилегающего воздуха ниже, чем температура надземного влажного воздуха, и когда абсолютная влажность припочвенного слоя воздуха выше, чем максимальная упругость пара при температуре поверхности почвы. Это обычно происходит в ночное время.
В пустынно-степных областях конденсация может увеличить влажность верхних 1—2 см почвы на 1—2% за ночь. По-видимому, даже это незначительное образование капельно-жидкой воды путем термической конденсации может в известной степени поддерживать жизнедеятельность растений.
Конденсация водяных паров в почве может вызывать появление в почве не только гигроскопической и пленочной, но, что особенно важно, капиллярной и даже гравитационной воды. При сравнительно невысокой относительной влажности почвенного воздуха (50%) может происходить поглощение парообразной воды поверхностью почвенных частиц за счет молекулярных сил с образованием пленочной воды. При влажности почвенного воздуха выше 50—80% может иметь место так называемая капиллярная конденсация парообразной воды в тончайших порах и углах стыка частиц вследствие снижения упругости пара и перехода его в состояние насыщенности под воздействием вогнутой поверхности менисков большой кривизны. Происходит как бы перегонка пленочной или капиллярной воды в форме пара к наиболее вогнутым менискам мельчайших пор и капилляров (т. е. к более сухим участкам почвы). Явление капиллярной конденсации особенно хорошо выражено в ультрамалых порах — капиллярах радиусом порядка 10в-5 см и меньше.
Ряд исследователей считает, что в грунтах легкого механического состава капиллярная конденсация может быть даже источником образования гравитационной воды или грунтовых вод.
А.Ф. Лебедев допускал, что конденсация атмосферных паров может обогащать почву водой в количествах до 60—100 мм в год, а сами грунтовые воды образуются в процессе конденсации. Эти взгляды разделяются не всеми. Несомненно все же, что капиллярная конденсация снабжает почвы доступной растениям водой. Однако человек не умеет управлять процессами капиллярной конденсации парообразной воды в почвах.
Внутрипочвенная перегонка и конденсация водяных паров. В профиле почвы на глубину до 3—5 м в течение года происходит сезонная перегонка парообразной воды под влиянием термического градиента и различия в упругости паров. Водяные пары перемещаются от горизонтов с более высокой температурой и упругостью паров к горизонтам с более низкой температурой и упругостью, где происходит конденсация пара и накопление влаги. Это явление исследовалось А.Ф. Лебедевым.
Зимой вследствие охлаждения верхних горизонтов почвы и соответственно уменьшения упругости паров воды в воздухе этих горизонтов в почве господствует восходящий ток паров из глубоких и обычно более теплых подпочвенных горизонтов с аккумуляцией воды в верхних слоях почвы. Значительная часть парообразной воды перегоняется при этом в атмосферу, теряясь из почвы полностью.
Исследования на Украине и Северном Кавказе показали, что за счет зимней внутрипочвенной конденсации корнеобитаемые слои почвы могут дополнительно получить до 50—70 мм воды. Замерзание почвы с поверхности особенно способствует накоплению воды в корнеобитаемых слоях почвы за счет перегонки паров снизу. Конденсация паров в этих случаях сопровождается образованием льда и накоплением воды в количествах, превышающих влагоемкость.
Лабораторными исследованиями Л.П. Розова установлено, что зимняя конденсация парообразной воды в верхних слоях почвы вследствие превышения водоудерживающей способности может приводить к развитию нисходящего тока гравитационной воды с выносом легкорастворимых солей вниз, способствуя сезонному рассолению почв.
В летнее время ток парообразной воды направлен в основном в атмосферу, а частично из теплых поверхностных горизонтов в глубокие, более холодные, где S это время накапливается влага. Для условий черноземов и сероземов летняя перегонка паров воды может распространяться на глубину 3—4 м, максимум же конденсации констатируется на глубине 1,5—2 м. Летней перегонке паров сверху вниз приписывается образование в течение года в прикаспийских песках до 100 мм грунтовых вод. Возможно, что с этим явлением связано постоянное присутствие тонкой линзы пресных вод, покрывающей минерализованные воды в пустынных песках.
Сходный режим парообразной влаги слагается в течение суток. Ночью ток парообразной воды направлен из более глубоких теплых горизонтов к верхним холодным, а, днем наоборот — от теплых верхних в охлажденные нижние.
Техника еще не овладела процессами конденсации парообразной воды. Искусственное регулирование теплового режима почв могло бы направить процессы внутрипочвенной конденсации паров в желаемую сторону и явиться одним из методов борьбы с засухой и за улучшение водного режима почв сухих, засушливых и пустынных областей.
Конденсация парообразной воды достигается внесением на грунтовые дороги высокогигроскопических солей MgCl2 и CaCl2, которые, конденсируя в ночное время парообразную воду, разжижаются, заметно увлажняя и обеспыливая поверхность почвы. Для этой цели можно использовать также озерные соли и рассольные грунтовые воды, содержащие хлориды кальция и магния.