Материал: Pochvovedenie_Kovda_chast1

пической. В среднем для большинства почв оно составляет 7—15%, иногда в глинистых почвах

и гравитационной формах.

Капиллярная вода. Она удерживается в почве в порах малого диаметра — капиллярах, под действием капиллярных или, как их еще называют, менисковых сил. Возникновение этих сил обуслов­ лено следующими явлениями. Поверхностный слой жидкости по своим свойствам отличается от ее внутренних слоев. Если на каждую молекулу воды внутри жидкости равномерно действуют силы притяжения и отталкивания со стороны окружающих моле­ кул, то молекулы, находящиеся в поверхностном слое жидкости, испытывают одностороннее, направленное вниз притяжение толь­ ко со стороны молекул, лежащих ниже поверхности раздела вода — воздух. Силы, действующие вне жидкости, относительно малы и ими можно пренебречь. Таким образом, поверхностные молекулы жидкости находятся под действием сил, стремящихся втянуть их внутрь жидкости. По этой причине поверхность любой жидкости стремится к сокращению. Наличие у поверхностных мо­ лекул жидкости, ненасыщенных, неиспользованных сил сцепления является источником избыточной поверхностной энергии, которая также стремится к уменьшению. Это влечет за собой образование на поверхности жидкости как бы пленки, которая обладает

поверхностным натяжением, или поверхностным давлением

(давлением Лапласа), которое представляет собой разницу меж­ ду атмосферным давлением и давлением жидкости.

Значение поверхностного натяжения зависит от формы по­ верхности жидкости и радиуса капилляра. Поверхностное дав­ ление, развивающееся иод плоской поверхностью жидкости, называется нормальным. Для воды оно равно 1,07 • 109 Па. Дав­ ление уменьшается, если поверхность жидкости вогнутая, и уве­ личивается, в случае поверхности выпуклой.

Согласно уравнению Лапласа, когда давление жидкости меньше атмосферного и поверхность имеет вид вогнутого менис­

где α— поверхностное натяжение, равное для воды 75,6•10- 3 Н/ /м при 0°С; R1 и R2 — радиусы кривизны поверхности жидкости.

П2

В противоположном случае, т. е. при давлении жидкости больше атмосферного и выпуклой поверхности жидкости,

Р1=P0+α(1/R1+1/R2) . (16)

Как видно из приведенных формул, поверхностное давление жидкости зависит от радиуса искривленной поверхности жидкос­ ти. Чем он меньше, т. е. чем уже почвенные капилляры, тем дав­ ление больше. В капиллярах с вогнутым мениском как бы возни­ кает вакуум, который и поднимает за пленкой столбик воды в капилляре.

Вода обладает свойством хорошо смачивать твердые тела. Поэтому при соприкосновении воды с почвенными частицами в порах-капиллярах образуются мениски тем большей кривизны, чем меньше диаметр пор. Явление смачивания обусловливает образование в почвах только вогнутых менисков.

В почвах менисковые (капиллярные) силы начинают прояв­ ляться в порах с диаметром менее 8 мм, но особенно велика их сила в порах с диаметром от 100 до 3 мкм. В порах крупнее 8 мм капиллярные свойства не выражены, так как сплошной вогнутый мениск здесь не образуется; большая часть поверхности остается плоской, искривление ее наблюдается только у стенок. Поры же мельче 3 мкм заполнены в основном связанной водой, и мениски здесь также не образуются.

Система пор, имеющихся в почвах, представляет собой слож­ ную мозаику капилляров самого разного сочетания и размеров, в которых образуются мениски различной кривизны. В результа­ те этого в почвах существует разность давлений не только под мениском и плоской поверхностью пленки натяжения, но и между поверхностью менисков разной кривизны. Разность поверхност­ ных давлений называют отрицательным капиллярным давлением.

133

С появлением этого давления связывают способность почв удер­ живать определенное количество влаги в почве и подъем воды в капиллярных порах (рис. 18).

Капиллярная вода по физическому состоянию жидкая. Она высокоподвижна, способна обеспечить восполнение запасов воды в поверхностном горизонте почвы при интенсивном потреблении ее растениями или при испарении, свободно растворяет вещества и перемещает растворимые соли, коллоиды, тонкие суспензии. Все мероприятия, направленные на сохранение воды в почве или пополнение ее запасов (при орошении), связаны с созданием в почве запасов именно капиллярной воды с уменьшением ее расхода на физическое испарение.

Капиллярная вода подразделяется на несколько видов: капиллярно-подвешенную, капиллярно-подпертую, капиллярнопосаженную.

Капиллярно-подвешенная вода заполняет капиллярные поры при увлажнении почв сверху (после дождя или полива). При этом под промоченным слоем всегда имеется сухой слой, т. е. гидростатическая связь увлажненного горизонта с постоянным или временным горизонтом подпочвенных вод отсутствует. Вода, находящаяся в промоченном слое, как бы «висит», не стекая, в почвенной толще над сухим слоем. Поэтому она и получила название подвешенной.

В природных условиях в распределении капиллярно-подве­ шенной воды по профилю почв всегда наблюдается постепенное уменьшение влажности с глубиной (рис. 19).

Подвешенная вода удерживается в почвах достаточно прочно, но до определенного предела, обусловленного разностью давле­ ний, создаваемой в менисках верхней и нижней поверхностей водного слоя. Если этот предел разницы давлений превышен, начинается стекание воды. Капиллярно-подвешенная вода может передвигаться как в нисходящем направлении, так и вверх, в

направлении испаряющейся поверхности. При активном восхо­ дящем движении воды в почвах близ поверхности происходит накопление веществ, содержащихся в растворенном виде в поч­ венном растворе. Засоление почв в поверхностных горизонтах обязано во многом данному явлению. Происходит это в том слу­

134

воды с экологической точки зрения представляет особую ценность. Скорость передвижения капиллярно-подвешенной воды к поверхности и, следовательно, скорость ее испарения, т. е. по­ тери воды из почвы, определяются главным образом структур­ ностью почв. В структурных почвах этот процесс идет медленнее и вода дольше сохраняется в почве.

Одной из разновидностей капиллярно-подвешенной воды, встречающейся главным образом в песчаных почвах, является вода стыковая капиллярно-подвешенная (рис. 20). Возникновение ее в почвах легкого механического состава обязано тому, что в этих почвах преобладают поры, размер которых превышает раз­ мер капилляров. В данном случае вода присутствует в почвах в виде разобщенных скоплений в местах соприкосновения — сты­ ка — твердых частиц в форме двояковогнутых линз («манжеты»), удерживаемых капиллярными силами.

Капиллярно-подпертая вода образуется в почвах при подъеме воды снизу от горизонта грунтовых вод по капиллярам на неко­ торую высоту, т. е. это вода, которая содержится в слое почвы непосредственно над водоносным горизонтом и гидравлически с ним связана, подпираемая водами этого горизонта.

Капиллярно-подпертая вода встречается в почвенно-грунто- вой толще любого гранулометрического состава. Слой почвы или грунта, содержащий капиллярно-подпертую воду непосред­ ственно над водоносным горизонтом, называют капиллярной каймой. В почвах тяжелого механического состава она обычно больше (от 2 до 6 м), чем в почвах песчаных (40—60 см). Содер­ жание воды в кайме уменьшается снизу вверх. Изменение влаж­ ности в песчаных почвах при этом происходит более резко. Мощность капиллярной каймы при равновесном состоянии воды в ней характеризует водоподъемную способность почвы.

Капиллярно-посаженная вода (подперто-подвешенная) об­ разуется в слоистой почвенно-грунтовой толще, в мелкозернистом слое при подстилании его слоем более крупнозернистым, над границей смены этих слоев. В слоистой толще из-за изменения размеров капилляров на поверхности раздела тонко- и грубодисперсных горизонтов возникают дополнительные нижние мениски, что способствует удержанию некоторого количества капиллярной воды, которая как бы «посажена» на эти мениски.

135