مساحة المسام في التربة

تحتوي مسام التربة على الطور السائل والغازي للتربة ، أي كل شيء باستثناء الطور الصلب الذي يحتوي بشكل أساسي على معادن ذات أحجام مختلفة بالإضافة إلى المركبات العضوية .

من أجل فهم المسامية بشكل أفضل ، تم استخدام سلسلة من المعادلات للتعبير عن التفاعلات الكمية بين المراحل الثلاث للتربة.

تلعب المسامات الكبيرة أو الشقوق دورًا رئيسيًا في معدلات التسلل في العديد من الترب وكذلك أنماط التدفق التفضيلية والتوصيل الهيدروليكي والتبخر والنتح. كما أن الشقوق مؤثرة جدًا في تبادل الغازات، مما يؤثر على التنفس داخل التربة. وبالتالي فإن نمذجة الشقوق تساعد في فهم كيفية عمل هذه العمليات وما هي آثار التغيرات في تشقق التربة مثل الضغط، على هذه العمليات.

قد تحتوي مسام التربة على موطن للنباتات ( منطقة الجذور ) والكائنات الحية الدقيقة .

${\displaystyle \rho _{جاف}={\frac {M_{صلب}}{V_{إجمالي}}}}$

تعتمد الكثافة الجافة للتربة بشكل كبير على التركيب المعدني الذي يتكون منه التربة وعلى درجة ضغطها . تبلغ كثافة الكوارتز حوالي 2.65 جم/سم ³ ولكن الكثافة الجافة للتربة يمكن أن تكون أقل من نصف هذه القيمة.

تتمتع معظم الترب بكثافة جافة تتراوح بين 1.0 و 1.6 جم / سم ³ ولكن التربة العضوية وبعض الطين المسامي قد يكون لها كثافة جافة أقل بكثير من 1 جم / سم ³ .

يتم أخذ عينات من التربة عن طريق دفع حافة القطع المعدنية في التربة على العمق المطلوب أو أفق التربة . ثم يتم تجفيف عينات التربة في الفرن (غالبًا عند 105 درجة مئوية) حتى يصبح وزنها ثابتًا.

${\displaystyle {\rm {{كثافة\التربة\الجافة\السائلة}={\frac {\rm {(كتلة\التربة\الجافة\في\الفرن)}}{\rm {(إجمالي\حجم\العينة)}}}}}}}$

الكثافة الجافة للتربة تتناسب عكسيا مع مساميتها . فكلما زادت مساحة المسام في التربة، كلما انخفضت كثافتها الجافة.

${\displaystyle \eta ={\frac {V_{pore}}{V_{total}}}={\frac {V_{fluid}}{V_{total}}}}$

أو بشكل عام، بالنسبة للتربة غير المشبعة التي تمتلئ مسامها بسائلين، الهواء والماء:

${\displaystyle \eta ={\frac {V_{هواء}+V_{ماء}}{V_{صلب}+V_{هواء}+V_{ماء}}}}$

المسامية هي مقياس لمساحة المسام الكلية في التربة. يتم تعريف ذلك على أنه جزء من الحجم يُعطى غالبًا كنسبة مئوية . تعتمد كمية المسامية في التربة على المعادن التي تتكون منها التربة وعلى كمية الفرز التي تحدث داخل بنية التربة . على سبيل المثال، ستكون للتربة الرملية مسامية أكبر من الرمل الطيني، لأن الطمي سيملأ الفجوات بين جزيئات الرمل . ${\displaystyle \eta }$

الموصلية الهيدروليكية (K) هي خاصية للتربة تصف مدى سهولة تحرك الماء عبر المسام. وتعتمد على نفاذية المادة (المسام، الضغط) وعلى درجة التشبع. تصف الموصلية الهيدروليكية المشبعة، K _sat ، حركة الماء عبر الوسائط المشبعة. حيث تتمتع الموصلية الهيدروليكية بالقدرة على القياس في أي حالة. ويمكن تقديرها من خلال أنواع عديدة من المعدات. لحساب الموصلية الهيدروليكية، يتم استخدام قانون دارسي . يعتمد التلاعب بالقانون على تشبع التربة والأداة المستخدمة.

التسرب هو العملية التي يدخل بها الماء الموجود على سطح الأرض إلى التربة. يدخل الماء إلى التربة من خلال المسام بواسطة قوى الجاذبية والعمل الشعري . توفر الشقوق والمسام الأكبر خزانًا كبيرًا للتدفق الأولي للمياه. هذا يسمح بالتسرب السريع . تستغرق المسام الأصغر وقتًا أطول لتمتلئ وتعتمد على القوى الشعرية وكذلك الجاذبية. المسام الأصغر لها تسرب أبطأ حيث تصبح التربة أكثر تشبعًا .

المسام ليست مجرد فراغ في البنية الصلبة للتربة. تتميز فئات أحجام المسام المختلفة بخصائص مختلفة وتساهم بخصائص مختلفة للتربة اعتمادًا على عدد وتكرار كل نوع. التصنيف المستخدم على نطاق واسع لحجم المسام هو تصنيف بروير (1964): ^{[1] [2] [3]}

المسامات الكبيرة جدًا بحيث لا يكون لها أي قوة شعرية كبيرة. ما لم يتم إعاقتها، فسوف يتسرب الماء من هذه المسام، وهي عمومًا مليئة بالهواء عند السعة الحقلية . يمكن أن تحدث المسام الكبيرة بسبب التشقق وانقسام التربة والتجمعات ، بالإضافة إلى جذور النباتات والاستكشاف الحيواني. ^[3] الحجم >75 ميكرومتر. ^[4]

أكبر المسامات المملوءة بالماء عند السعة الحقلية . تُعرف أيضًا باسم مسام التخزين بسبب قدرتها على تخزين المياه المفيدة للنباتات. لا تتمتع بقوى شعرية كبيرة جدًا بحيث لا يصبح الماء مقيدًا للنباتات. تتم دراسة خصائص المسام المتوسطة بشكل كبير من قبل علماء التربة بسبب تأثيرها على الزراعة والري . ^[3] الحجم 30-75 ميكرومتر. [ 4 ^]

هذه "مسام صغيرة بما يكفي بحيث يُعتبر الماء داخل هذه المسام ثابتًا، ولكنه متاح لاستخراج النباتات." ^[3] نظرًا لوجود حركة قليلة للماء في هذه المسام، فإن حركة المواد المذابة تتم بشكل أساسي من خلال عملية الانتشار. الحجم 5-30 ميكرومتر. ^[4]

هذه المسامات مناسبة لسكن الكائنات الحية الدقيقة. يتم تحديد توزيعها من خلال نسيج التربة والمواد العضوية في التربة ، ولا تتأثر بشكل كبير بالضغط. ^{[5] [3]} الحجم 0.1-5 ميكرومتر. ^[4]

مسام صغيرة جدًا بحيث لا يمكن اختراقها بواسطة معظم الكائنات الحية الدقيقة. وبالتالي فإن المادة العضوية في هذه المسام محمية من التحلل الميكروبي. تمتلئ بالمياه ما لم تكن التربة جافة جدًا، ولكن القليل من هذا الماء متاح للنباتات، وحركة الماء بطيئة جدًا. ^{[5] [3]} الحجم <0.1 ميكرومتر. ^[4]

تم إجراء نمذجة الشقوق الأساسية لسنوات عديدة من خلال الملاحظات والقياسات البسيطة لحجم الشقوق وتوزيعها واستمراريتها وعمقها. كانت هذه الملاحظات إما ملاحظة سطحية أو تم إجراؤها على مقاطع في الحفر. كان التتبع اليدوي وقياس أنماط الشقوق على الورق إحدى الطرق المستخدمة قبل التقدم في التكنولوجيا الحديثة. كانت طريقة ميدانية أخرى باستخدام خيط ونصف دائرة من الأسلاك. ^[6] تم تحريك نصف الدائرة على طول جوانب متناوبة لخط الخيط. تم قياس الشقوق داخل نصف الدائرة من حيث العرض والطول والعمق باستخدام مسطرة. تم حساب توزيع الشقوق باستخدام مبدأ إبرة بوفون .

تعتمد هذه الطريقة على حقيقة مفادها أن أحجام الشقوق لها نطاق من إمكانات المياه المختلفة. عند صفر إمكانات المياه على سطح التربة يتم إنتاج تقدير للتوصيل الهيدروليكي المشبع ، مع ملء جميع المسام بالماء. مع انخفاض الإمكانات تدريجيًا، تستنزف الشقوق الأكبر حجمًا. من خلال القياس عند التوصيل الهيدروليكي عند نطاق من الإمكانات السلبية، يمكن تحديد توزيع حجم المسام. في حين أن هذا ليس نموذجًا ماديًا للشقوق، إلا أنه يعطي مؤشرًا على أحجام المسام داخل التربة.

قام هورغان ويونغ (2000) بإنتاج نموذج حاسوبي لإنشاء تنبؤ ثنائي الأبعاد لتكوين الشقوق السطحية. وقد استخدم هذا النموذج حقيقة مفادها أنه بمجرد أن تصبح الشقوق على مسافة معينة من بعضها البعض فإنها تميل إلى الانجذاب إلى بعضها البعض. كما تميل الشقوق أيضًا إلى الدوران ضمن نطاق معين من الزوايا وفي مرحلة ما يصل مجموع السطح إلى حجم لا يحدث فيه المزيد من التشقق. وغالبًا ما تكون هذه سمة مميزة للتربة وبالتالي يمكن قياسها في الحقل واستخدامها في النموذج. ومع ذلك، لم يكن النموذج قادرًا على التنبؤ بالنقاط التي يبدأ عندها التشقق، ورغم أن تشقق التربة عشوائي في تكوين نمط التشقق، إلا أنه في كثير من النواحي لا يكون عشوائيًا في كثير من الأحيان، ولكنه يتبع خطوط الضعف. ^[7]

يتم جمع عينة كبيرة من اللب. ثم يتم تشريبها بالأرالديت والراتنج الفلوري . ثم يتم قطع اللب باستخدام أداة طحن، تدريجيًا جدًا (حوالي 1 مم في كل مرة)، وفي كل فترة زمنية يتم تصوير سطح العينة رقميًا. ثم يتم تحميل الصور على جهاز كمبيوتر حيث يمكن تحليلها. يمكن بعد ذلك إجراء قياسات العمق والاستمرارية ومساحة السطح وعدد من القياسات الأخرى على الشقوق داخل التربة.

باستخدام المقاومة اللانهائية للهواء، يمكن رسم خريطة للمساحات الهوائية داخل التربة. وقد أدى جهاز قياس المقاومة المصمم خصيصًا إلى تحسين اتصال الجهاز بالتربة وبالتالي تحسين مساحة القراءة. ^[8] يمكن استخدام هذه التقنية لإنتاج صور يمكن تحليلها لمجموعة من خصائص التشقق.

• فوث، إتش دي (1990). أساسيات علم التربة. (وايلي، نيويورك)
• هاربستيد، ميشيغان (2001). تبسيط علم التربة. (مطبعة جامعة ولاية آيوا، أميس)
• هليل، د. (2004). مقدمة في فيزياء التربة البيئية. (إلسيفير/أكاديميك برس، أمستردام، سيدني)
• كونكي، هـ. (1995). تبسيط علم التربة. (دار نشر ويفلاند: بروسبكت هايتس، إلينوي )
• ليبر، جي دبليو (1993). علم التربة: مقدمة. ( مطبعة جامعة ملبورن ، كارلتون، فيكتوريا )