Зависимость относительной влажности почвенного воздуха от влажности и температуры почвы (по Д.Ф. Лебедеву) 2 страница
3) Выделяющаяся при конденсации скрытая теплота парообразования должна настолько нагреть соответствующий слой земли, что дальнейшая конденсация сделается невозможной.
4) При образовании грунтовых вод, по теории Фольгера, в земле должен был бы происходить весьма интенсивный обмен воздуха (около 2000 м3 в сутки через площадь 1 м2 поверхности земли), что невозможно, так как в летний период земля холоднее воздуха. Диффузия воздуха в почву и обратно и изменение давления атмосферы весьма незначительны и не могут являться причиной столь сильного газообмена между воздухом атмосферы и грунта, как это допускают Зонтаг и Ярц.
В современном учебнике «Общая геология» [27, с. 140] конденсация водяных паров атмосферы в грунте описывается так:
«В некоторых климатических зонах, например в пустынях, где атмосферных осадков выпадает мало, а испаряемость очень велика, в формировании подземных вод определенную роль играет конденсация водяных паров воздуха в порах и трещинах горных пород. Этот процесс объясняется разностью упругости водяных паров атмосферного и почвенного воздуха. Если упругость водяного пара в свободном воздухе больше, чем в воздухе, заполняющем поры почв и горных пород, то он будет перемещаться из воздуха в почву. Попадая в область более низких температур, в почве и горных породах водяной пар начинает конденсироваться и переходить в жидкое состояние». «В результате конденсации в пустынях образуются линзы пресных вод над солеными».
|
|
|
А вот В.И.Славин в том же учебнике утверждает обратное (с. 96): «В пустынях выпадает очень мало (менее 200 мм в год) осадков. Сухой воздух пустыни вызывает огромную испаряемость влаги, превышающую годовую норму осадков в 10—15 раз. В связи с такой испаряемостью часто создается постоянный вертикальный ток влаги по капиллярным трещинам от грунтовых вод к поверхности. Эти воды выщелачивают и выносят к поверхности соли железисто-марганцевых окисных соединений, образующих на поверхности скал каменную тонкую пленку коричневого или черного цвета, именуемую пустынным загаром». Как видите, здесь утверждается обратное.
\011\
Так что Е.В. Пиннекер совершенно справедливо высказал свое недовольство состоянием дел по этому вопросу в геологии и гидрогеологии. И вообще в геологической литературе очень часто встречается такое положение, когда предыдущий или последующий параграф противоречит последующему или предыдущему.
В 1917 г. А.Ф. Лебедев проводил исследования испарения и конденсации паров воды в Каракумах и сделал такое заключение: «Особенно большой способностью конденсации водяного пара отличаются бугры сыпучего песка в летнее время года». «Исследования, проведенные в Каракумах над режимом влажности верхнего двухметрового слоя в 1917 г. после прекращения весенних дождей, показали, что запас воды в этом слое равнялся 31,22 мм, летом в бездождный период этот запас постепенно возрастал — 43,52 мм, 51,20 мм, 55,15 мм и 55,44 мм. Последняя цифра относится к 13 сентября.
|
|
|
Таким образом, за летний бездождный период запас воды в верхнем двухметровом слое увеличился на 24 мм». Далее А.Ф. Лебедев подчеркивает: «Это увеличение нельзя связать ни с осадками (их не было), ни с поднятием из нижних горизонтов, так как его подстилает слой малой влажности, ни с подтоком пара снизу».
Как видите, такие противоречивые примеры из области гидрогеологии можно приводить без конца.
Давайте проанализируем некоторые опыты А.Ф.Лебедева и проверим его выводы на соответствие*.
Да, он пытался изучить промежуточные явления, о которых говорил Фольгер, и сделал такое заявление: «Основной логической ошибкой инфильтрационной и фольгеровской теорий было то, что ни в том, ни в другом случаях не изучались промежуточные явления весьма сложного процесса, каким является процесс образования грунтовых вод».
Давайте ознакомимся с опытами А.Ф. Лебедева. Это поможет убедиться в том, что и он не смог внести окончательную ясность в этом споре и не решил поставленной перед собой задачи.
|
|
|
Первые свои опыты А.Ф. Лебедев посвятил определению зависимости относительной влажности почвенного воздуха от влажности и температуры самой почвы и возможности конденсации водяных паров атмосферы в почве [17].
Теоретические соображения автора показывают, что вопрос о конденсации в почве водяных паров атмосферы сводится к определению величины упругости пара атмосферы и пара почвенного воздуха. А сам процесс конденсации он понимает так: «Если упругость водяных паров в почве меньше максимальной упругости
• Работы А.ФЛебедева рассматриваются так пристально потому, что они являются той основой, на которой зиждется вся современная гидрогеология.
\012\
водяного пара при данной температуре почвы, то переход парообразной воды из атмосферы в почву может обусловливаться так называемыми гигроскопическими свойствами почвы».
Максимальная гигроскопичность почв определялась таким образом: воздушно-сухая почва помещалась тонким слоем под колпаком, где находился 2,5-процентный раствор серной кислоты. Колпак помешался в термостат, и влажность, соответствующая максимальной гигроскопичности, определялась после того, как почва приобретала постоянную влажность.
|
|
|
Для определения относительной влажности почвенного воздуха Лебедевым был сконструирован прибор гигрограф. Наблюдения проводились в течение летних и осенних месяцев 1910 и 1911 гг. на территории метеорологической обсерватории «б. Новороссийского университета в Одессе».
На основании опыта № 1 Лебедев доказывает, что относительная влажность почвенного воздуха остается равной 100%, пока в почве содержится воды больше, чем это соответствует максимальной гигроскопичности данной почвы. В лёссе при влажности в 7,9% относительная влажность еще равна 100% и лишь при 7,8% опускается ниже 100% (максимальная гигроскопичность песка равна 0,33%, см. табл. 2).
Таблица 2 .
Зависимость относительной влажности почвенного воздуха от влажности почвы (по А.Ф.Лебедеву)
| ЛЁСС Максимальная гигроскоп, влажность 7,9% | ЧЕРНОЗЕМ Максимальная гигроскоп, влажность 5,12% | ДЮННЫЙ ПЕСОК Максимальная гигроскоп, влажность 0, 33% | |||
| Содержание воды, % | Относительная влажность воздуха в лёссе, % | Содержание воды, % | Относительная влажность воздуха в черноземе, % | Содержание воды, % | Относительная влажность воздуха в песке, % |
| 16,21 | 100 | 13,38 | 100 | 4,02 | 100 |
| 12,97 | 100 | 8,55 | 100 | 1,89 | 100 |
| 9,44 | 100 | 6,20 | 100 | 1,21 | 100 |
| 8,22 | 100 | 4,87 | 94 | 0,52 | 100 |
| 7,80 | 96 | 4,60 | 89 | 0,25 | 62 |
| 6,52 | 7,5 | 4,07 | 68 | — | — |
\013\
| подзол Максимальная гигроскоп, влажность 3,18% | ЧЕРНОЗЕМ Максимальная гигроскоп, влажность 7,35% | ПЕСОК Максимальная гигроскоп, влажность 0,41% | |||
| Содержание воды, % | Относительная влажность воздуха в подзоле, % | Содержание зоды, % | Относительная влажность воздуха в чер-наземе, % | Содержание воды, % | Относительная влажность воздуха в песке, % |
| 12,51 | 100 | 15,27 | 100 | 8,15 | 100 |
| 8,45 | 100 | 11,44 | 100 | 5,79 | 100 |
| 5,13 | 100 | 8,07 | 100 | 2,21 | 100 |
| 3,32 | 100 | 7,10 | 100 | 1,34 | 100 |
| 3,18 | 95 | 5,62 | 68 | 0,62 | 100 |
| 2,16 | 73 | 4,43 | 49 | 0,32 | 69 |
Для изучения относительной влажности почвенного воздуха верхнего, сильно пересыхающего горизонта почв, Лебедевым создавались искусственные условия.
Опыт № 2 ставился таким образом, что волосок гигрографа помещался в земле, насыпаемой в стеклянные или цинковые сосуды. Изменяя влажность почв и их температуру, по утверждению Лебедева, удается установить, с одной стороны, связь между содержанием воды в почвах и относительной влажностью почвенного воздуха, а с другой — выяснить зависимость относительной влажности почвенного воздуха от температуры в случае сильного пересыхания почв (см. табл. 3).
Таблица 3.
Зависимость относительной влажности почвенного воздуха от влажности и температуры почвы (по Д.Ф. Лебедеву)
| Почва — одесский чернозем. Максимальная гигроскопичность — 5,62%
| ||||||||
| Влажность почвы 5,43% | ||||||||
| Температура, "С | 10 | 17 | 45 | 70 | ||||
| Относительная влажность в % | 94 | 95 | 99 | 99 | ||||
| Влажность почвы — 3,99% | ||||||||
| Температура, *С | 17 | 35 | 50 | 60 | ||||
| Относительная влажность в % | 81 | 86 | 92 | 98 | ||||
| Влажность почвы — 2,43% | ||||||||
| Температура, "С | 10 | 21 | 45 | 60 | ||||
| Относительная влажность в % | 39 | 41 | 51 | 57 | ||||
Автор опыта делает вывод: «Если в почве содержится воды меньше, чем это соответствует максимальной гигроскопичности данной почвы, то относительная влажность воздуха такой почвы меньше 100%. Чем суше почва, тем меньше относительная влажность ее воздуха. Такая зависимость и от температуры».
Далее он делает замеры относительной влажности воздуха почвы по ее глубине, которые показали, что с глубины больше 5—10 см относительная влажность почвенного воздуха всегда была равна 100 %. Что же касается более поверхностных, сильно пересыхающих слоев почвы, то здесь относительная влажность почвенного воздуха в определенные часы суток (с 7 ч утра и до 10 ч вечера) бывает несколько ниже 100%, оставаясь все же очень высокой — 96—97% (запомните эти цифры!). И делает такое пояснение: «Ночью температура поверхностного слоя почвы падает чрезвычайно сильно, а вместе с тем должна уменьшаться (и даже в большей степени) и упругость водяных паров». Посмотрите еще раз в таблицу 3, и вы увидите, что при нормальных условиях, т.е. при температурах 10 и 17°С и влажности почвы 5,43% относительная влажность почвы равна 94—95%, разница на 1% и при еще меньшей относительной влажности, 2.43%, в интервале температур 10—2ГС соответствует 39 : 41%. Как видите, тут нет большой зависимости. В самой атмосфере в течение суток влажность воздуха может измениться на 50% и больше. «Ближайший анализ показывает, — утверждает Лебедев, — что в природе подобные случаи бывают нередко, когда давление водяных паров в атмосфере делается больше, нежели упругость паров воды в самом поверхностном слое почвы, следовательно, возможно обогащение этого слоя почвы водою непосредственно за счет парообразной воды атмосферы» [17].
В вышеизложенных опытах сам подход к решению проблемы конденсации паров атмосферы в верхних слоях грунта вызывает доверие к автору, но в последующих работах при анализе количественных показателей Лебедев делает ошибочные выводы.
В этих опытах измерялась интенсивность конденсации пара атмосферы. Наблюдения проводились следующим образом. В небольшие стаканчики (объем около 30 см3, высотой около 5 см, диаметр 27—28 мм) насыпалась почва, влажность которой была больше на 4—5%, чем максимальная гигроскопичность той же почвы (5,12%). После захода солнца стаканчики, стоявшие уже в течение нескольких часов на открытом воздухе заглубленными в почву, так что температура насыпанной в них земли сравнивалась с температурой почвы, быстро взвешивались и ставились обратно в почву. Уровень почвы и земли в стаканчиках был одинаковым. Погода выбиралась тихая, ясная, когда в течение ночи
\015\
| Наблюдение | (по А.Ф.Лебедеву, опыт 5} | Та блица 4 | |||||||||||||||||||||||||||||
| Месяцы | Апрель | Май | Июнь | Июль | |||||||||||||||||||||||||||
| Ночь с | 4 на | 5 | 26 на 27 | 7 на | 8 | 17 на 18 | 25 на 26 | 1 на | 2 | 2наЗ | 29 на 30 | 11 на 12 | |||||||||||||||||||
| Срочные часы наблюдения | 7 | 9 | 9 | 7 | 9 | 7 | 9 | 7 | 9 | 7 | 9 | 7 | 9 7 | 9 7 | 9 | 7 | |||||||||||||||
| Абсолютная злажн. атмосферы | 5,2 | 6,2 | 7,4 | 7,7 | 8,3 | 8,1 | 11,6 | 11,7 | 8,9 | 6,9 | 11.1 | 11,0 | 11,2 11,2 | 10,6 13,2 | 16,2 | 15,2 | |||||||||||||||
| Относительная влажн. атмосферы | 78 | 94 | 80 | 93 | т | 74 | 72 | 81 | 64 | 55 | 70 | 71 | 62 82 | 58 70 | 85 | 74 | |||||||||||||||
| 1-й стаканчик | Площадь стаканчика в кв.см | 5,94 | 5, | 72 | 6, | 32 | 6, | 61 | 5, | 94 | 6 | 61 | 5,94 | 6,32 | 6, | 32 | |||||||||||||||
| Прибыль воды + Убыль воды - | +0,1960 | +0,2631 | Н-0,1454| | +0,2975 | -0,1731 | +0,3636 | +0,2198 | -0,094 | +0,3855 | ||||||||||||||||||||||
| То же в мм | +0,33 | +0 | ,46 | РШ | +0,45 | - | +0 | 55 | +0,37 | -2 | +0 | ,61 | |||||||||||||||||||
| к S т X п к п н и >= CN | Площадь стаканчика в кв. см | 5 | 72 | 5 | 94 | 5 | 94 | 5 | 94 | 5, | 72 | 5 | 72 | 6,61 | 5,94 | 5, | 94 | ||||||||||||||
| Прибыль воды + Убыль воды - | +0,1716 | +0,2911 | К-0,13071 | +0,2970 | -0,1601 | +0,2917 | +0,2710 | -0,087 | +0 | 374 | |||||||||||||||||||||
| То же в мм | +0,30 | +0,49 | RA21 | +0,50 | - | +0,51 | +0,41 | - | +0 | ,63 | |||||||||||||||||||||
| Средняя прибыль воды в мм | +0,32 | +0,48 | +0,23 | +0,48 | - | +0,53 | +0,39 | - | +0 | ,62 | |||||||||||||||||||||
| Таблица 5 Наблюдение (по А.Ф.Лебедеву, опыт 5) | |||||||||||||||||||||||||||||||
| Месяцы | Август | Сентябрь | Октябрь | ||||||||||||||||||||||||||||
|
| Ночь с | 29 на 30 | 30 на 31 | 1 на | 2 | 2 на 3 | 19 на 20 | 7 на 8 | В на | 9 | 29 на 30 | ||||||||||||||||||||
|
| Срочные часы наблюдения | 9 7 | 9 | 7 | 9 | 7 | 9 7 | 9 7 | 9 7 | 9 | 7 | 9 | 7 | ||||||||||||||||||
|
| Абсолютная влажн. атмосферы | 11,4 9,4 | 8,9 | 9,5 | 11,0 | 12,5 | 11,1 12.7 | 4,4 4,4 | 7,0 7,7 | 8,4 | 11,3 | 5,6 | 5,4 | ||||||||||||||||||
|
| Относительная влажн. атмосферы | 65 77 | 54 | 79 | 65 | 87 | т т | т т | 69 88 | 77 | 93 | 87 | 83 | ||||||||||||||||||
| 1-й стаканчик | Площадь стаканчика в кв.см | 6,12 | 5, | 94 | 6, | 61 | 5,94 | 5,94 | 6,32 | 5, | 94 | 6, | 12 | ||||||||||||||||||
| Прибыль воды + Убыль воды - | +0,0918 | -0,1999 | +0,2908 | 1+0,2317] | щцз | +0,1706 | +0,2792 | +0,0918 | |||||||||||||||||||||||
| То же в мм | +0,15 | - | +0 | ,44 | раза | 1+6Г05941 | +0,27 | +0 | ,47 | +0,1 | |||||||||||||||||||||
| 2-й стаканчик | Площадь стаканчика в кв. см | 6,32 | 5, | 72 | 5, | 72 | 5,72 | 5,72 | 6,61 | 5,72 | 6, | 32 | |||||||||||||||||||
| Прибыль воды + Убыль воды - | +0,1074 | -0,1712 | +0,2402 | И-0. 24601 | И-0,07431 | +0,1586 | +0,2517 | +0,1074 | |||||||||||||||||||||||
| То же в мм | +0,17 | - | +0 | ,42 | рдда | Fail | +0,24 | +0 | ,44 | +0 | ,17 | ||||||||||||||||||||
|
| Средняя прибыль воды в мм | +0,16 | - | +0 | ,43 | +0,41 | +0,12 | +0,26 | +0 | .46 | +0 | ,16 | |||||||||||||||||||
\017\
Дата добавления: 2019-02-13; просмотров: 742; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!