Зависимость относительной влажности почвенного воздуха от влажности и температуры почвы (по Д.Ф. Лебедеву) 3 страница
нельзя было ожидать дождя, тумана или росы. Рано утром, через ½ — ¾ часа после восхода солнца, стаканчики вынимались из почвы, немедленно закрывались притертыми пробками и взвешивались. Прибыль в весе стаканчиков показывала то количество воды, которое почва приобретала в течение ночи благодаря конденсации водяных паров атмосферы в почве. Результаты наблюдений сведены в таблицы 4 и 5 [17, с. 38—39], где прибыль воды за ночь перечислена также и на миллиметры, как это принято для осадков. Из проделанного опыта 4 Лебедев делает такой вывод: «Более подробный анализ условий, имеющихся в природе, приводит нас к убеждению, что обогащение почв водой непосредственно за счет парообразной воды атмосферы не только возможно, но что этот процесс осуществляется весьма часто и что таким путем почвы, по-видимому, значительно увеличивают свои водные запасы».
Подробно проанализировав работы Лебедева, я пришел к выводу, что ему так ничего и не удалось доказать. В первых своих работах (опыт 1 и 2) он утверждал следующее: «Пока в почвах содержится воды больше, чем это соответствует максимальной гигроскопичности их, до тех пор относительная влажность почвенного воздуха равна 100%» [17, с. 30], «передвижение водяных паров из атмосферы в более или менее глубокие слои почвы и грунта невозможно, так как в верхних слоях почвы упругость водяных паров больше, чем абсолютная влажность атмосферы».
|
|
|
В данном случае в стаканчиках была насыпана земля, относительная влажность которой первоначально была на 4—5% больше, чем максимальная гигроскопичность той же почвы (5,12%). Значит, по Лебедеву, относительная влажность почвенного воздуха в стаканчиках была 100%, а относительная влажность воздуха атмосферы, согласно таблицам 4 и 5, была всегда меньше 100%, т.е. 43—94%. В этом случае конденсация, по утверждению Лебедева, не должна произойти. Но он все-таки получил прибыль воды в стаканчиках даже при очень низкой относительной влажности воздуха —- 43%, при которой все сохнет прямо на глазах (см. табл. 5).
Как видите, Лебедев утратил логику доказательств. Такие странности встречаются и в описаниях опытов № 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89. Для большей убедительности рассмотрим их.
А.Ф. Лебедев совместно с Н.А. Лебедевым в 1927/28 г. произвели вышеперечисленные опыты, при помощи которых хотели, как они сами пишут, в наглядной и простой форме доказать передвижение воды в почве в виде пара. Все наблюдения они произвели на участке отдела метеорологии Северо-Кавказской краевой с.-х. опытной станции в Ростове-на-Дону.
Метод
Вырывается яма. В стенках ее делаются ниши шириной и глубиной 15 см и высотой 5 см. В эти ниши помещаются чашечки Петри, куда наливается дистиллированная вода слоем 3—4 мм. Чашки вместе с водой взвешиваются с точностью до 0,01 г. Ниши аккуратно прикрываются заслонкой. Затем яма засыпается и уплотняется.
|
|
|
Чашки с водой были установлены в 3 нишах на глубине 10— 15 см, 35—40 см и 55—60 см. Опыт продолжался с 12 по 23 июля 1928 г.
Результат опыта представлен в таблице 6 117, табл. 143].
Таблица 6.
| Глубина ниши (см) | Вес чашек с водой (г) | Сконденсировалось воды в чашке (г) | |
| до опыта | после опыта | ||
| 10-15 | 35,61 | 46,37 | 10,76 |
| 35—40 | 36,22 | 41,75 | 5,53 |
| 55-60 | 34,99 | 39,42 | 4,43 |
Такой результат он получил и в опыте 84, который проводился с 23 июня по 4 августа 1928 г. [17, табл. 145].
Таблица 7.
| Глубина ниши (ом) | Вес чашек с водой (г) | Сконденсирова лос ь воды в чашке (г) | |
| до опыта | после опыта | ||
| 10-15 | 36,11 | 48,29 | 12,18 |
| 35-^0 | 34,44 | 40,67 | 6,23 |
| 55—60 | 35,27 | 40,31 | 5,04 |
Как видите, в этом опыте прибыль воды получена еще больше.
Прибыль воды в чашках Лебедев объясняет так: «Температура почвы и упругость водяного пара в ней тем больше, чем ближе слой почвы лежит к поверхности. При таком условии при насыщенности воздуха почвы на исследуемых глубинах водяным паром последний должен двигаться сверху вниз. Чашки Петри улавливают этот пар, и вес воды в них увеличивается. Чем ближе к поверхности, тем больше градиент упругости пара, тем заметнее должна быть и конденсация. Это мы находим в опытах: на
|
|
|
\019\
глубине 10—15 см сконденсировалось 10,76—12,18 г, тогда как на глубине 55—60 см — 4,43—5,04 г*.
Ранее [17, с. 16] Лебедев утверждал, что на глубине больше чем 5—10 см относительная влажность почвенного воздуха всегда равна 100%, а в данном случае на глубине даже 60 см он получает прибыль воды. Возможно, в данном случае условия были совсем другие, поэтому не будем спорить. Лучше рассмотрим другие его опыты, и картина сама по себе раскроется.
В нишах на глубинах 10—15 см и 30—35 см были поставлены чашечки Петри без воды (опыт 85, с. 229). При вскрытии ямы 13/IX (опыт проводился с 31/VIII по 13/IX 1929 г.) оказалось, что обе чашечки были сухие. Но в то же время было обнаружено, что под чашечкой на глубине 10—15 см почва превратилась в грязь, а под чашечкой на глубине 30—35 см она была сильно увлажнена. Этот момент Лебедев объяснил так: «Начал устанавливаться режим зимнего сезона, и водяной пар, двигаясь снизу, доходило до дна чашечки, здесь конденсировался, и образовавшаяся вода, не имея возможности в форме пара двигаться вверх, увлажняла под чашечкой почву». Далее он обращает внимание: «Почва рядом с чашечкой, но не под ней имела ту же влажность, что и весь данный слой в момент наблюдений» [17, с. 228].
|
|
|
Мы знаем, что за счет пористости грунта площадь поверхности ниши в несколько десятков раз больше, чем площадь поверхности самой чашечки Петри. Однако земля в нише не превратилась в грязь, даже влажности не изменила. Возникает вопрос: почему? Кроме этого, непонятно, что он доказывает.
В опыте 87, который проводился с 9 по 26 сентября 1928 г., автор описывает более сложные процессы, а сама постановка опыта та же, что и в 83 и 84. Результат его опыта представлен в таблице 8 [17, с. 229, табл. 147].
Таблица 8.
| Глубина ниши (см) | Вес чашечки с водой (г) | Испарилось (г) | |
| до опыта | после опыта | ||
| 10-15 | 39,92 | 34,45 | 5,47 |
| 35-40 | 33,15 | 29,95 | 4,23 |
Здесь автор опыта утверждает следующее: «Осенью вода в чашечке не только не увеличивается, как это наблюдается летом, но даже уменьшается. Чашечки из конденсатора превратились во внутри почвенный эвапорометр». «После опыта дно чашечки, стоявшей в нише на глубине 10—15 см, оказалось все в грязи от
\020\
приставшей снизу грязи. До опыта влажность почвы, бывшей под чашечкой, была определена и равнялась 18%; при такой влажности наша почва не только не обращается в грязь, но даже не мажется». «Под чашечкой, стоявшей в нише на глубине 35— 40 см, была определена влажность земли до опыта (18,5%) и после опыта (22,5%). В монолите ниши — 19,0%. Снизу на дне чашечки висело несколько крупных капель воды. Вес этих капель оказался равным 0,91 г. Сверху в чашке наблюдалось испарение в сторону верхних слоев почвы (4,23), а снизу на дне чашечки конденсировалась вода, поднимавшаяся снизу вверх (влажная почва под дном чашки и капли воды на нижней стороне дна)». Так прокомментировал этот факт А.Ф. Лебедев.
Мы все прекрасно знаем, что летом именно верхний слой почвы сильно пересыхает и, чтобы уберечь почву от интенсивного пересыхания, её периодически культивируют (разрыхляют). Этот способ замедляет испарение. В работах Лебедева утверждается обратное, что почвы, и особенно пески пустыни, летом не теряют воду, а, наоборот, накапливают её, а осенью холодная земля испаряет воду, чего логически представить невозможно. Все доказательства сводятся к определению движения почвенного пара за счет разности упругости паров атмосферы и почвы. Его количественные данные показывают, что конденсация в стеклянной посуде в грунтах идет постоянно, независимо от направления движения пара — сверху вниз или снизу вверх. Но, как вы заметили, не в грунте. Опыты, видимо, необходимо продолжить и выяснить, что является причиной конденсации в этом случае и какие материалы лучше конденсируют почвенные пары.
В Аравийской пустыне бедуины собирают кучи камней. Под ними через некоторое время образуется немного воды, которую и собирают для своих нужд. Это факт. Но если эти камни уложить на гидроизоляционный слой, т.е. изолировать их от подтока влаги снизу, то мы воды под камнями не получим. В таких условиях даже мокрые камни мгновенно сохнут.
Приведу аналогичный пример из нашей повседневной жизни. Летом куча песка, которая насыпана на гидроизоляционный слой, быстро высыхает. Другая же куча, насыпанная непосредственно на почву, не сохнет, влажность песка сохраняется, а под кучей гравия почва сильно увлажняется. То же самое будет происходить под стеклом, разного вида пленками, досками и бревнами. Под такими кучами заводится множество дождевых червей, которые любят переувлажненную почву. Именно там ищут червяков любители рыбной ловли.
Еще в свою бытность А.Ф.Лебедев возмущался отсутствием в некоторых случаях правильного представления об условиях кон-
\021\
денсации водяного пара атмосферы в почвах. Он приводит такой пример: «В Справочнике по мелиорации и гидротехнике после приведения данных, иллюстрирующих интенсивность конденсации водяных паров в почве, говорится: "Когда грунт гигроскопически насыщен, относительная влажность в нем равна 100% и переход паров воды из атмосферы в грунт становится невозможным". Это ошибка, ибо при таких условиях может иметь место термическая конденсация и лишь молекулярная становится невозможной» [17, с. 77]. Ниже он дает объяснение, что такое термическая конденсация: «Если температура почвы понизится настолько, что абсолютная влажность атмосферы сделается больше, чем максимальная упругость водяного пара в почве при этой пониженной температуре, то очевидно, что независимо от влажности почвы в почве должна наблюдаться конденсация водяных паров атмосферы».
Выходит, я напрасно критиковал работы Лебедева. Все заключается в правильном понимании процесса термической конденсации.
Нет, не напрасно. Факты — упрямая вещь. Приведенные мною примеры из его работ показывают, что полученные количественные данные не соответствуют его выводам. В этом и заключается его некомпетентность в вопросе динамики подземных вод. И это стало очевидным фактом, когда А.Ф. Лебедев наложил на термическую конденсацию такое ограничение: «Термическая конденсация становится невозможной только при влажности почвы, соответствующей полной ее влагоёмкости [17, с. 77].
В опыте 6, где измерялась интенсивность конденсации пара, почва в стаканчиках имела влажность на 4—5% больше, чем максимальная гигроскопичность той же почвы (5,12%), но прибыль воды все же была получена (табл. 4 и 5) [17, с. 38, 39]. В опыте 83 [17, с. 227], а также в опытах 84, 85, 86, 87, 88, 89 в чашечках Петри, которые были наполнены водой и находились в течение опыта под землей на глубине 10—15 см, была получена прибыль воды 10,76 г. Значит, если пользоваться выводами А.Ф.Лебедева, а ими пользуются геологи и гидрологи и сегодня, то можно сделать заключение, что вода, которая находилась в чашечке, не имела полной влагоемкости, раз произошла конденсация прямо в воду. Вот к какому абсурдному выводу приводят эти так называемые фундаментальные работы Лебедева, на которых зиждется вся современная гидрогеология.
Действительно, за счет разности упругости водяного пара атмосферного и почвенного воздуха может происходить перемещение пара в грунтах, но это же не условие его конденсации.
\022\
В самой атмосфере относительная влажность воздуха постоянно меняется, и с большими перепадами, а это значит (по Лебедеву), что идет интенсивное перемещение пара, однако конденсации водяного пара атмосферы не происходит. А для того чтобы произошла его конденсация, требуется множество условий, и в том числе дополнительная энергия, несмотря на то что пар обладает большой потенциальной энергией. Так что в геологических науках до сих пор не существует научно обоснованных теорий конденсационного образования подземных вод за счет водяного пара атмосферы.
Несмотря на такой промах А.Ф. Лебедева в вопросе конденсации пара атмосферы в верхних слоях грунта, геологи и гидрологи укажут, что его теория инфильтрации незыблема, что она и сегодня пользуется большой популярностью, а также успешно применяется в инженерной геологии. И в настоящее время все геологи мира однозначно считают, что метеорные воды являются основным источником пополнения подземных вод. Тогда давайте рассмотрим и этот вопрос на соответствие.
Процесс инфильтрации метеорных вод в современной геологии описывается примерно так: во время снеготаяния и после выпадения дождей вертикальное движение воды сверху вниз в грунте продолжается до тех пор, пока вода не встретит слоя с низкой водопроницаемостью — водоупора (рис.1). На нем возникает горизонтальный ток подземных вод. Вода тогда образует зону насыщения, где и заполняет все поры и пустоты, вытесняя воздух. Таким образом в колодцах появляется вода. В верхних горизонтах потоком подземных вод движет гидростатический напор, вызывающий перемещение воды от высоких гипсометрических отметок к низам. По характеру залегания и напорным свойствам водоносные горизонты и другие аналогичные подземные резервуары геологи разделяют на грунтовые (безнапорные) и артезианские (напорные). Группа источников с медленно струящейся водой вытянута вдоль склона — это пластовый безнапорный водоносный горизонт. Наоборот, бурно выбивающаяся из трещин вода говорит о том, что она находится под напором и может образовать фонтан (см. рис. 1 и 2).
«Вода в артезианских колодцах и скважинах поднимается выше вскрытой бурением кровли водоносного горизонта песчаников. Скважина 2 тоже артезианская, хотя вода из нее не выливается на поверхность, как в скважине 1. В водоносном горизонте песчаников вода находится под гидростатическим давлением во всех точках, расположенных гипсометрически ниже области питания. В колодец или скважину, вскрывшую зеркало грунтовых вод, вода просачивается по трещинам».
23
Рис. 1. Схема, по которой А. Аллисон и Д.Палмер (1984) пытались доказать существование в грунтах процессов инфильтрации атмосферных вод.
Рис, 2. Схема, по которой А.Ф. Якушева (1988) пытается показать процессы залегания и движения грунтовых вод в массиве междуречья.
1 — песок; 2 — суглинок; 3 — минимальный уровень грунтовых вод; 4 — максимальный уровень.
\024\
Вывод 1
Процесс инфильтрации по данной схеме не может реализоваться, так как грунты в таком положении не могут находиться в устойчивом состоянии. Грунты поползут.
Вывод 2
Если вы обратите внимание на линию залегания зеркала грунтовых вод, то обнаружите, что она какая-то мистическая — не отвечает законам физики, точнее, гидростатики.
Но еще 100 лет тому назад О. Фольгер заявил: «Ни одна капля вод, находящихся в земле, не произошла от дождевых вод. Нет ни одной научной теории, так мало обоснованной и настолько ложной, как теория о происхождении ключевых вод из дождевых».
К аналогичному выводу пришли Ф.П. Саваренский, Г.Н. Высоцкий и П. Отоцкий. Их выводы базировались на наблюдениях за промоканием грунта. Названные авторы указывают, что промокание грунта незначительно и, следовательно, воды осадков не достигают грунтовых вод- Эти утверждения подтверждают и более ранние наблюдения подобного же характера Сенеки, Делагира, Граппа и А.Израильского.
Но А.Ф.Лебедев и в этом споре одержал «победу» над противниками инфильтрации и своими работами «укрепил» инфильтра-ционную теорию, которая является основой гидрогеологии и до сих пор.
Однако при внимательном изучении работ Лебедева по инфильтрации можно обнаружить несостоятельность его выводов, как и в работах по конденсации атмосферного пара в грунтах. Достаточно рассмотреть начальные условия его опытов, чтобы обнаружить явные несоответствия.
В своих опытах при изучении равновесия воды в грунтах, имеющих неоднородное строение, Лебедев предварительно пропускал воду через всю высоту песка, а потом сверху колонны приливал воду, доказывая, что процесс инфильтрации осуществляется. Естественно, таких условий в природе не наблюдается. Скорее всего, в этом опыте он определил одно из замечательных свойств воды, а вовсе не доказал существование инфильтрации. Кроме этого, он песок предварительно прорабатывал крепкой соляной кислотой, а потом его хорошо промывал от глинистых частиц водой. Но такой песок соответствует насыпи из гладких стеклянных шариков, не обладающих водоудерживающей силой грунта. Отсюда и ошибочные выводы.
\025\
Если внимательно рассмотреть современные схемы образования и движения грунтовых вод (рис. 1 и 2), то можно заметить, что и там изображены неправдоподобные ситуации. Например, на рис. 1 показана работа артезианских скважин. Вроде бы все изображено правдоподобно, однако сильно смущает область питания, и с точки зрения гидростатики — это казус. Такое положение можно обнаружить во всех схемах, существующих в геологии, как при моноклинальном, так и при мульдообразном залегании пород. Чтобы на схеме правдоподобно работала область питания при существующей разгрузке речной сети, необходимо показать большие по площади участки питания. На рисунке получатся одни пески, притом без гидростатического напора. Попробуйте по суточному дебиту артезианской скважины или любой дренажной речной сети региона и всех видах испарений построить их зону питания при существующих атмосферных осадках. У вас ничего не получится: придется занимать территории у других водоразделов, но и этого будет недостаточно.
На рисунке 1 показана работа колодца, находящегося ниже артезианских скважин, и при этом сказано, что уровень воды в нем соответствует зеркалу грунтовых вод.
Получается непонятная ситуация. Если его питание осуществляется по той же схеме, что и артезианских скважин, и просачивание проходит по трещинам, как указано автором этой схемы (в этой ситуации все равно, каким путем пойдет просачивание, результат будет один и тот же), то из колодца постоянно должна изливаться вода. Но в аннотации указано, что она держится на определенном уровне, соответствующем зеркалу грунтовых вод.
Что это за магическое зеркало грунтовых вод, на которое гидростатический напор никак не влияет? Как объяснить эту ситуацию с точки зрения гидростатики, ни автор схемы, ни геология в целом ответа не дают. Это «новое» в физике.
Если глинистые или песчаные грунты (кроме торфа) пропитать водой настолько, что она приобретет форму гравитационной воды (капельно-жидкая вода способна свободно перемещаться), то грунты теряют свою структуру и начинают течь. По этой причине на склонах холмов должны постоянно происходить срывы грунта или, по крайней мере, должны образовываться соли-флюкционные террасы, как это наблюдается в сезонно-мерзлом слое. Но в природе в верхней части коры в массовом порядке этого нет, а если такие явления и возникают, то редко и лишь при определенных условиях. В то же время плывуны как массовое явление встречаются на некоторой глубине коры (они обнаруживаются при прокладке туннелей), но почему-то их природа и возникновение геологов не интересуют. Очевидно потому, что
Дата добавления: 2019-02-13; просмотров: 224; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!