Кирисиў. Топырақ физикаси паниниң предмети, мазмуны, қурамы хам усыллары

Перде суў. Топырақ максимал гигроскопик ығаллық дарежесине жеткенде де топырак та топырақ бөлекшелериниң молекуляр тартылыс кушиненен бир бөлими еркин қалыўы мумкин. Әне усы еркин қалған куш, хаўадан өзине ығал синдире алмасада, лекин суйық суў менен тоқнасқанда, бул суўдын бир бөлимин өзине синдирип алады. Бул ығаллық топырақ бөлекшелерин жуқа перде түринде орап алғанлыгы ушын оны перде суў деп жүритиледи.
Топырақ қурамындагы суўдың бул формасы, әдетта, топырақ бөлекшелери (агрегатлары) тәрепинен молекуляр кушлер тәсиринде услап турылганлыгы ушын А.Ф.Лебедов максимал молекуляр суў (ММС) деп атаўды усыныс еткен. ММС көрсеткиши де топырақтын гранулометрик қурамы ҳамде ширинди затларының көп — азлыгына қарап өзгерип барады.
Перде суў (яки ММС) ти топырак бөлекшелери оншели улкен куш пенен услап турылмағанлығы ушын, оны топырақ пенен жумсақ байланган суў деп аталады. Парде суўын өсимликлер аңсатлык пенен өзлестире алмайды, бирақ топырақта қалын бөлекшелериди суў пердеси жуқа бөлекшелери суйық ҳалатта ҳарекет қылганлыгы ушын дузларды еритеди; электр өткизиўшеңлик сыяқлы қәсийетлерге де ийе болады.
Капилляр суў. Топырақтын суў өткизиўшеңлигин оның капилляр суў қәсийетлерисиз көз алдымызға келтирип болмайды. Топыракта суў хамде хаўа ҳарекетин тәминлеўши капилляр найшалар агрегатлар аралығында болады. Шаң — тозаңлардан қуралған топырақта капилляр найшалар болсада, олар өсимлик ушын пайдасыз есапланады.
Жаўын — шашын яки ағар суўлардын топырақ төменги қатламларына, изей суўлардын болсаа жоқары қатламларға харекети әне усы капилляр найшалар арқалы амелге асады. Демек, топырақ бөлекше (агрегат) лери аралығында пайда болған капилляр найшаларды толтырып, мениск куш тәсиринде төменнен жоқарыға яки жоқарыдан төменге ҳарекет ете алатуғын суў капилляр суў дейиледи.
Н.А.Качинскийдиң көрсетиўинше, диаметри 8 мм ден киши, әсиресе 100 мк —3 мк арасында болғанда капилтшрлык жақсы көринеди. Себеби диаметр жақтан үлкен капиллярлардан (8 мм) капилляр суўларды ҳарекетке келтириўши батық яки дүмпешик жүзе пайда болмайды. Диаметри 3 мм ден киши болган капиллярлар болса хәр дайым сорбция қылынган суўлар менен бәнт болып, капилляр суўлар харекетине тосқынлык қылады.
Еритпениң топырак, капиллярындағы табиатын математик кунын Лаплас (1807) төмендеги формуласы бойынша көрсетиў мумкин.
_{ }, бунда,
Р — капиляр суў жүзеси пайда еткен нормал басым.
К — еркин суў жүзесиниң нормал басым.
Г — еритпениң жүзе тартылыс күши.
R1 хәм R2 — мениск кушлерн жүзеге келтирген капиллярлар радиуси.
Мениск кушлер төмен қарай бағдарланған болса (дүпешик жүзе) оң, егерде олар жоқары бағдарланган болса, (батиқ жүзе) терис есапланады.
Егерде биз шартли түрде топырақ капиллярын цилиндир формада деп ойласақ, бунда R1 хәм R2 лер өзара тен болып жоқарыдагы формула төмендеги көринисте болады:

Бул формуланы капиллярдагы суйыклык пайда еткен уш турдеги жағдайга қарап төмендеги көрсеткишлерди алыў мумкин:
1.Суйықлык жўзеси тегислик яғный мениск жүзе пайда болмаган. Бунда жоқарыдагы формула төмендегише тус алады:
Р=К+2_{ } =К+O=К
яғный бунда капилляр ичидаги суюқлик билан кўтарилишни таъмин этувчи босим бир —бирига тенг, ҳеч бир кўтарилиш бўлмайди.
2.Мениск жүзеси дүмпешик (оң куш). Бунда Лаплас формуласы төмендегише тус алады.
_{ } бунда дүмпешик жүзеде пайда болган нормал
Басым биринши ҳалаттағы басымнан үлкен болады,
3. Мениск жүзе батық (терис куш) болганда Лаплас формуласы төмендегише көрсетиледи.

Кейинги ҳалаттағы, батык жүзе пайда еткен оң куш (басым) суйықлыкты белгили бир балентликке шекем (6 см да) көтерилиўине себеп болады. Өз гезегинде бул көтерилиў мениск жүзе ҳамде суйықлык көтарилетуғын еркин жўзе ортасындағы басым теңлескенше даўам етеди.
Жюрен (1718) бойынша капилляр көтерилиў балентлиги (h) төмендеги формула менен көрсетиледи.
_{ }, бунда
h — суўдың капиллярлар бойлап көтерилиў балентлиги, см да,
Г—жүзе тартылыс куши (коэффициенти),
r— капилляр радиуси, мм де,
d — суйықлык тығызлығы.
Жюрен тенлемесинен жуўмақ етип, капилляр көтерилиў балентлиги h, жүзе тартылыс коэффициенти (куши) менен туўры пропорционал, капилляр радиуси ҳамде көтерилетуғын суйықлык тығызлығы (концентрацияси) көбеймесине туўры пропорционал байланыста болады екен.
Жоқарыда келтирилген Лаплас ва Жюрен тенлемесинен усы нарсе анықланады, яғный капилляр көтерилиў изей суўлары жүзесинен шексиз балентликке шекем болыўы мумкин, яғный капилляр найша диаметри қанча киши болса капилляр көтарилиў балентлиги сонша улкен хәм керисинше, капилляр найшалар қанша ири болса суўдың көтерилиў балентлиги да сонша киши болады. Демак, механик (гранулометрик) қурамы аўыр топырақларда суўдын көтерилиў балентлиги улкен болады.
Михельсон көрсетиўи бойыша, механик. бөлекшелердиң диаметри 0,0001 мм ден қуралған топырақларда Лаплас формуласы бойынша капилляр көтарилиў бәлентлиги 296,5 ке шекем, Терцаги бойынша болса бир неше жүз метрге шекем болыўы мүмкин. Маселен, Заволжьенинң лёс қумлақлары 350 см ден (Качинский) яки А.А.Робо бойынша 600 см ден, Мирзашөлдиң ашық тусли боз топырақларында болса 3 — 4 м ден (Беспалов) аспаўы көрсетиледи.
Табиий шараятта алынган мағлыуматлар теориялық жол менен есапланган мағлыуматларга туўры келмеслигиниң тийкарғы себеби — диаметри жағынан жуда киши тесикшелериниң тығыз байланган суўлар яки хаўа менен бант боыўы мумкин. Бундай шараятта еркин суўдың капиллярлар бойлап харекети ушын шараят болмайды.
Ҳар кыйылы механик қурамлы топырақларда капилляр көтерилиў тезлиги хәм балентлиги лабаратория шараятында (моделда) балентлиги 120 см ли шийша трубкаларда төмендеги варианларда үйренилди:
1.шаңлы кум:
2.жеңил қумлы:
3.орташа кумлы:
4.жеңил саз:
5.қумлақ (0 — 30 см), орташа қумақ (30 — 60 см), аўыр қумақ (60-90 см), саз (90- 120 см);
6.аўыр қумак (0 — 30 см), орташа қумақ (30 — 60 см), қумлақ (60-90 см), қум (90-120 см):
7.орташа кумақ (0 — 30 см), саз (30 — 50 см), аўыр қумак (50 — 80 см), қум (80-120 см):
8.аўыр қумақ (0 — 30 см), жеңил қумақ (30 — 50 см), саз (50 — 70 см), қум (70-90 см), аўыр қумақ (90-120 см)
9.аўыр қумақ (0 — 20 см), қумлак, (20 — 40 см), қум (40 — 60 см), саз (60 — 80 см)г орташа қумақ (80—100 см), жеңил қумақ (100-120см).
(80-100 см), жеңил қумақ (100- 120 см).
Ығаллықтың тарқалыў ҳалатын төмендеги категорияларға ажыратылды (топырақ салмағына салыстырғанда процент муғдарында)
0— 10 —өсимликтиң солыў ығаллығы, қурамындағы суў қыйын өзлестирилетуғын формада:
10—15 —максимал молекуляр ығал сыйымы дарежеси, қыйын өзлемтиретуғын суў формасында:
15 — 20 — капиллярлардың узилиў ығаллығы көрсеткиши, топырақ қурамындағы орташа өзлестирилетуғын суў:
20 —30 —дала ығаллық сыйымы (ҳар қыйылы механик қурамлы топырақлар ушын), қурамындағы суў ансат өзлестирилетуғын формада:
30 дан жоқари — капилляр, хаттеки толық ығаллық сыйымлығы қурамындағы суў аңсат өзлестирилетуғын, бирақ бул суў формасы топырак қатламларында ўзақ турыўы онда хаўа алмасыныўының аңсатласыўына алып келеди.
Қулласы, топырақ механик қурамының онын профилинде өзгериўи — бир тәрептен, изей суўлар жүзесиниң өзгериўи — екинши тәрептен өсиў дәўири даўамында топырақта капиляр көтерилиў тезлиги хәм ығаллықты басқарып тураду.