Поиск

Гигроскопичность почвы
28.03.2015

Мы уже упоминали, что почвенные частицы могут притягивать молекулы как парообразной, так и жидкой влаги. Способность частиц почвы притягивать молекулы парообразной влаги называется гигроскопичностью почвы.
Доказать гигроскопичность почвы очень легко. Возьмем вполне сухую на вид и на ощупь почву, которая, например, длительное время хранилась в лаборатории. Такую почву принято называть воздушно-сухой. Поместим несколько граммов такой почвы в небольшой стеклянный стаканчик с притертой крышкой и точно его взвесим. Затем поставим стаканчик в сушильный шкаф, нагретый до температуры, несколько превышающей 100°, и будем периодически взвешивать. Мы обнаружим, что вес стаканчика начнет постепенно убывать до тех пор, пока не достигнет какой-то определенной величины, затем сделается постоянным. Этот опыт можно провести несколько иначе: поставить стаканчик с воздушносухой почвой не в сушильный шкаф, а в эксикатор, на дне которого лежит какое-либо вещество, поглощающее воду, например фосфорный ангидрид. Результат и в этом случае будет тот же: вес стаканчика с почвой начнет убывать до установления постоянного веса. Убыль стаканчика в весе в обоих случаях объясняется тем, что из почвы выделяется гигроскопическая вода, причем почва делается вполне сухой.
Если стаканчик с высушенной почвой выставить теперь в комнате на воздух и снова периодически его взвешивать, то окажется, что его вес начнет возрастать, причем это возрастание также будет идти до известного предела. Возрастание веса стаканчика, или, вернее, возрастание веса содержащейся в нем почвы, объясняется тем, что вполне высушенная почва снова поглощает влагу из воздуха, содержащуюся в нем в форме пара.
Как велика гигроскопическая способность почвы, т. е. сколько влаги почва может поглотить из воздуха и чем объясняется явление гигроскопичности?
Количество влаги, которое почва может поглотить из воздуха, зависит, во-первых, от относительной влажности воздуха и, во-вторых, от свойств почвы. Напомним, что относительной влажностью воздуха называется отношение количества влаги, содержащейся в данный момент в воздухе, к тому предельному ее количеству, которое может содержаться при той же температуре, т. е. при условии насыщения воздуха водяным паром. Относительная влажность воздуха выражается в долях единицы или в процентах.
Как же влияет относительная влажность воздуха на количество влаги, поглощаемое почвой? Для ответа на этот вопрос обратимся к рис. 18, из которого мы видим, что с повышением относительной влажности воздуха увеличивается количество влаги, поглощенной почвой из воздуха. Увеличение это идет неравномерно. Вначале, в пределах относительной влажности от нуля и приблизительно до 10%, кривая идет вверх очень круто, количество влаги, поглощаемое почвой, возрастает быстро. Затем наклон кривой значительно уменьшается и при нарастании относительной влажности воздуха от 10 до 80% количество влаги, поглощенной почвой, увеличивается гораздо медленнее. Наконец, когда относительная влажность воздуха приближается к 100%, количество влаги, поглощаемое почвой, начинает нарастать снова быстрее, о чем свидетельствует круто загибающийся кверху конец кривой. Следовательно, равномерное увеличение относительной влажности воздуха вызывает сначала быстрое, затем более медленное, а под конец снова более быстрое увеличение количества влаги, поглощаемой почвой.
Как влияют на гигроскопичность почвы другие ее свойства? Наиболее существенное влияние оказывает механический состав почвы: чем он тяжелее, чем больше в почве содержится самых мелких частичек, тем выше гигроскопичность почвы. На рис. 19 изображены такие же кривые поглощения парообразной влаги, как и на рис. 18. Кривые на рис. 19 относятся к четырем различным механическим фракциям, выделенным из одной и той же почвы. Мы видим, что по общей конфигурации кривые похожи друг на друга. Ho чем тоньше фракция, т. е. чем мельче частицы, тем выше располагается кривая и, значит, тем больше они при той же относительной влажности воздуха поглощают влаги из воздуха, тем выше, следовательно, гигроскопичность. Практически гигроскопичность почвы зависит по преимуществу от содержания в ней илистой фракции — частиц мельче одной тысячной доли миллиметра в диаметре.

Гигроскопичность почвы

На величину гигроскопичности влияет также содержание гумуса: чем оно выше, тем гигроскопичность больше. Существенное влияние на гигроскопичность почвы могут оказывать содержащиеся в ней соли, особенно такие, как хлористый кальций и хлористый магний.
Какова же природа гигроскопичности, чему она обязана своим происхождением?
В основе гигроскопичности лежит несколько различных явлений. По мере нарастания относительной влажности воздуха эти явления налагаются поочередно одно на другое и в совокупности создают то сложное явление, которое мы воспринимаем как единое и называем гигроскопичностью почвы.
Когда вполне сухая почва соприкасается с влажным воздухом, то в действие вступают те свободные силовые поля, которые присущи, как мы видели, поверхностному слою почвенных частиц. Почва начинает сорбировать парообразную влагу, дипольные молекулы воды притягиваются свободными связями и закрепляются на поверхности почвенных частиц.
Гигроскопичность почвы

Так как силы связи, исходящие от поверхности почвенных частиц, действуют на очень небольшом расстоянии, то частицы непосредственно могут притянуть лишь ограниченное количество молекул воды, которые создадут вокруг почвенных частиц оболочку толщиной всего в 2—3 молекулы воды. Такая оболочка создается еще при очень низкой относительной влажности воздуха (всего несколько процентов), причем свободные силы связи, исходящие от поверхности почвенных частиц, насыщаются полностью.
Однако процесс поглощения, или сорбции, парообразной влаги на этом не заканчивается. Каждая дипольная молекула воды обладает, как мы знаем, двумя полюсами. После того как такая молекула будет сорбирована почвенной частицей — будет притянута одним из своих полюсов, другой полюс обращается наружу и в свою очередь может служить точкой закрепления другой дипольной молекулы воды подобно тому, как это изображено на рис. 6, показывающем образование гидратной оболочки вокруг катиона. Таким образом, создается многослойная оболочка из молекул воды, толщина которой нарастает по мере увеличения относительной влажности воздуха. По некоторым приближенным расчетам число молекулярных слоев, составляющих такую оболочку, может достигать нескольких десятков.
Утолщение оболочки гигроскопической воды на этом этапе процесса сорбции идет параллельно с увеличением относительной влажности воздуха. Однако по мере приближения воздуха к состоянию насыщения процесс сорбции водяного пара осложняется еще одним явлением — капиллярной конденсацией. Сущность этого явления заключается в следующем.
Упругость пара над поверхностью воды зависит не только от температуры, но и от формы поверхности воды. Когда мы наливаем воду в большой сосуд, то поверхность воды становится плоской, и если закрыть сосуд герметически, то в нем над поверхностью воды создается та нормальная упругость водяного пара, которая соответствует данной температуре воды. Если же мы поместим воду не в большой сосуд, а в трубку малого диаметра, то поверхность воды примет, как известно, вогнутую форму. Оказывается, что упругость водяного пара, насыщающего пространство, в этом случае при той же температуре будет меньше, чем над плоской поверхностью, и тем меньше, чем больше кривизна поверхности воды. И наоборот, над выпуклой поверхностью упругость водяного пара, насыщающего пространство, была бы выше, чем над плоской поверхностью.
Следовательно, воздух, насыщенный водяным паром при данной температуре над плоской поверхностью, по отношению к вогнутой поверхности окажется уже пересыщенным, а содержащаяся в нем влага начнет конденсироваться на вогнутой поверхности воды. Такая конденсация и называется капиллярной.
Каким же образом капиллярная конденсация возникает в почве? В процессе сорбции, как мы видели, вокруг почвенных частиц образуются водяные оболочки. Там, где оболочки двух частиц сливаются (рис. 20), образуется стыковое скопление воды, или водяная манжета, обладающая отрицательной кривизной. Следовательно, при насыщении почвы водяным паром над плоской, поверхностью воды водяной пар будет перегоняться на вогнутые поверхности водяных манжет. В результате этого процесса количество «гигроскопически поглощенной» влаги будет возрастать.
Гигроскопичность почвы

Именно наложением этого явления объясняется тот факт, что кривые поглощения влаги в (см. рис. 18 и 19) на своих правых концах загибаются вверх.
Капиллярная конденсация принимает заметные размеры, начиная с относительной влажности воздуха, равной около 80%.
Таким образом, гигроскопическое поглощение парообразной влаги почвой представляет собой сложное явление.
На первой его стадии, при низкой относительной влажности воздуха, имеет место сорбция влаги непосредственно почвенными частицами. По окончании этого процесса дальнейшее увеличение относительной влажности воздуха вызывает многослойную сорбцию за счет удержания внутренними слоями внешних слоев воды. И, наконец, при относительной влажности воздуха, приближающейся к 100%, на процесс многослойной сорбции накладывается явление капиллярной конденсации.
Каким образом гигроскопическая способность почвы может быть охарактеризована количественно?
Пользоваться величиной содержания гигроскопической влаги в воздушно-сухой почве нельзя, так как эта величина зависит от влажности воздуха того помещения, в котором хранится почва. Вследствие этого гигроскопичность почвы количественно следует характеризовать при какой-то определенной относительной влажности воздуха,. Проще всего, казалось бы, делать это при относительной влажности, равной 100%, в атмосфере, насыщенной водяным паром. Однако в силу капиллярной конденсации процесс насыщения почвы очень длителен и затухает постепенно.
Поэтому гигроскопичность почвы принято определять при относительной влажности воздуха, очень близкой к 100%, но все же несколько меньшей. Практически это осуществляется таким образом. Стаканчики с воздушносухой почвой ставят в эксикатор, на дне которого налит 10%-ный раствор серной кислоты или насыщенный раствор сернокислого калия. Оба раствора в замкнутом пространстве создают относительную влажность воздуха, равную 94%.
Предельное количество влаги, которое может быть поглощено почвой при этих условиях, называется максимальной гигроскопичностью. Мы будем обозначать эту величину для краткости символом МГ. Именно ею принято характеризовать гигроскопическую способность почвы. Количество капиллярно конденсированной воды при относительной влажности воздуха, равной 94%, невелико, в силу чего максимальная гигроскопичность характеризует собою по преимуществу сорбционную способность почвы в отношении парообразной влаги.
Из сказанного вытекает, что величина максимальной гигроскопичности зависит прежде всего от механического состава почвы, так как им определяется суммарная поверхность почвенных частиц. Чем выше содержание В почве илистой фракции, тем выше должна быть максимальная гигроскопичность. Эта зависимость иллюстрируется рис. 21, на котором видно, что величина максимальной гигроскопичности и содержание частиц мельче одного микрона связаны друг с другом приблизительно прямой пропорциональностью, хотя отдельные определения были получены разными исследователями и относятся к самым разнообразным почвам. На этом же рисунке мы видим, что образцы почвы, богатые гумусом (отмеченные на рис. 21 знаком V), при том же механическом составе обладают более высокой максимальной гигроскопичностью. Это зависит от того, что гумус, содержащийся в почве, обладает большой, суммарной поверхностью.
Гигроскопичность почвы

Кроме того, максимальная гигроскопичность одной и той же почвы зависит и от способа подготовки почвы к ее определению.
По данным Францессона, максимальная гигроскопичность слабосолонцеватого чернозема равнялась:
Гигроскопичность почвы

Поэтому максимальную гигроскопичность следует определять всегда при одном и том же начальном состоянии, взяв воздушно-сухую почву.


Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent
Введите два слова, показанных на изображении: *