Читайте также:
|
|
Структура почвы — взаимное расположение структурных отдельностей (агрегатов) определенной формы и размеров.
Выделяются три группы структурных отдельностей в почвах (мм):
микроагрегаты < 0,25
мезоагрегаты 0,25—7(10)
макроагрегаты > 7 (10)
Агрегаты состоят из соединенных между собой частиц (механических элементов). Они удерживаются в сцепленном виде в результате коагуляции коллоидов, склеивания, слипания под действием сил Ван-дер-Ваальса, остаточных валентностей и водородных связей, адсорбционных и капиллярных явлений в жидкой фазе, а также с помощью корневых тяжей, гифов грибов и слизи микроорганизмов.
Различают три основных типа структуры (табл. 1, рис. 1), каждый из которых в зависимости от характера ребер, граней подразделяется на роды, а в зависимости от размера — на виды.
Почва может быть структурной и бесструктурной. При структурном состоянии масса почвы разделена на отдельности той или иной формы и размеров. Бесструктурное состояние имеют почвы, в которых механические элементы либо не соединены между собой в более крупные агрегаты (рыхлый песок), либо залегают сплошной сцемен тированной массой.
В песчаных и супесчаных почвах механические элементы обычно находятся в раздельно-частичном состоянии. Суглинистые и глинистые почвы могут быть структурными и бесструктурными.
Различные генетические горизонты имеют определенную структуру. Так, дерновым и гумусовым горизонтам присуща комковатая и
Типы | Роды | Виды | Размеры |
I. Кубовидный | А. Грани и ребра выражены | ||
(равномерное | плохо, агрегаты большей час- | ||
развитие струк- | тью сложны и плохо оформ- | ||
туры по трем | лены: | Ребро куба | |
взаимно перпендикулярным | 1) глыбистая | Крупноглыбистая | >10см |
осям) | Мелкоглыбистая | 10-5 см | |
2) комковатая | Крупнокомковатая | 5-3 см | |
Комковатая | 3-1 см | ||
Мелкокомковатая | 1-0,5 см | ||
3) пылеватая | Пылеватая | < 0,5 мм | |
Б. Грани и ребра хорошо вы- | |||
ражены, агрегаты ясно | |||
оформлены: | |||
4) ореховатая | Крупноореховатая | > 10 мм | |
Ореховатая | 10-7 мм | ||
Мелкоореховатая | 7-5 мм | ||
5) зернистая | Крупнозернистая. | 5-3 мм | |
Зернистая (крупитчатая) | 3-1 мм | ||
Мелкозернистая (по- | 1-0,5 мм | ||
рошистая) | |||
II. Призмовид- | А. Грани и ребра плохо выра- | ||
ный (развитие | жены, агрегаты сложны и | ||
структуры глав- | мало оформлены: | Диаметр | |
ным образом по вертикальной | б)столбовидная | Крупностолбовидная | >5см |
оси) | Столбовидная | 5-3 см | |
Мелкостолбовидная | <3 см | ||
Б. Грани и ребра хорошо вы- | |||
ражены: | |||
7) столбчатая | Крупностолбчатая | > 5 см | |
Столбчатая | 5-3 см | ||
Мелкостолбчатая | <3см | ||
Крупнопризматическая | >5 см | ||
8) призматическая | Призматическая | 5-3 см | |
Мелкопризматическая | <3 см | ||
Толщина | |||
III. Плитовидный (развитие структуры по горизонтальным | 9) плитчатая | Сланцеватая Плитчатая Пластинчатая | >5 мм 5-3 мм 3-1 мм |
осям) | Листоватая | < 1 мм | |
10) чешуйчатая | Скорлуповатая | >3 мм | |
Грубочешуйчатая | 3-1 мм | ||
Мелкочешуйчатая | < 1 мм |
Рис. 1. Типичные структурные элементы почв (по С.А. Захарову).
1 тип: 1) крупнокомковатая, 2) среднекомковатая, 3) мелкокомковатая, 4) пылеватая, 5) крупноореховатая, 6) ореховатая, 7) мелкоореховатая, 8) крупнозернистая, 9) зернистая, 10) порошистая. 2 тип: 11) столбчатая, 12) столбовидная, 13) крупнопризматическая, 14) призматическая, 15) мелкопризматическая, 16) тонкопризматическая. 3 тип: 17)сланцевая, 18) пластинчатая, 19) листовая, 20) грубочешуйчатая, 21) мелкочешуйчатая
Слитое (очень плотное) сложение лопата или нож при сильном надавливании входят в почву на незначительную глубину, не более 1 см; характерно для слитых черноземов, иллювиальных горизонтов солонцов.
Плотное сложение — лопата или нож при большом усилии входят в почву на глубину 4—5 см, и почва с трудом разламывается руками; типично для иллювиальных горизонтов суглинистых и глинистых почв.
Рыхлое сложение — лопата или нож легко входят в почву, почва легко разламывается руками, почва хорошо оструктурена, но структурные агрегаты слабо сцементированы между собой; наблюдается в хорошо оструктуренных гумусовых горизонтах.
Рассыпчатое сложение — почва обладает сыпучестью, отдельные частицы не сцементированы между собой; характерно для пахотных горизонтов супесчаных и песчаных почв.
Пористость почвы характеризуется формой и размерами пор внутри структурных отдельностей или между ними. По пористости различают следующие типы сложения почв:
1. По расположению пор внутри структурных отдельностей: тонкопористое — почвенная масса пронизана порами диаметром менее 1 мм; пористое — почвенная масса пронизана порами в 1—3 мм; губчатое — в почве много пустот от 3 до 5 мм; ноздреватое (или дырчатое) почвенная масса содержит полости от 5 до 10 мм; ячеистое — пустоты крупнее 10 мм; трубчатое — почва пронизана каналами, прорытыми крупными землероями.
2. По расположению пор между структурными отдельностями в сухом состоянии: тонкотрещиноватое - полости шириной менее 3 мм; трещиноватое — полости размером 3—10 мм; щелеватое -полости шириной более 10 мм.
Сложение имеет большое практическое значение, так как оно характеризует почву с точки зрения трудности ее обработки. Давно установлено, что глинистые и тяжелосуглинистые (тяжелые) почвы требуют значительно больше усилий при обработке, чем среднесу глинистые и песчаные (легкие). Также от сложения зависят водно-физические свойства почвы, легкость проникновения воды и корней растений в почву.
Лекция 4. Ротор. Теорема Стокса
4.1. Ротор. В 1.2 было показано, что для полей потенциальных циркуляция при однозначности потенциала равна нулю (п. 4). Однако в общем случае циркуляция вектора по некоторому контуру L не должна обязательно быть равной нулю. Подобно потоку вектора, циркуляция также может быть использована для локальной характеристики поля. При этом возникает понятие ротора вектора , обозначаемого символом rot . По определению, rot есть вектор, проекция которого на произвольное направление выражается следующим образом:
(4.1)
где Δ S - площадка, выбранная так, что есть нормаль к ней, a L - контур этой площадки, направление обхода которого при интегрировании составляет с нормалью правовинтовую систему (если смотреть вдоль нормали, то обход производится по часовой стрелке).
4.2. Ротор в декартовых координатах. Как и дивергенцию, ротор вектора нетрудно представить в виде дифференциального выражения в декартовой системе координат. Обратимся к рис. 4.1, на котором через произвольную точку М (х, у, z) проведены три координатные линии и построены элементарные площадки, лежащие в координатных плоскостях. Желая сначала найти проекцию вектора на ось х, мы должны вычислить циркуляцию вектора F по контуру первой площадки и перейти к пределу согласно (4.1). Действия при этом похожи на производившиеся в преыдущем разделе. Итак, на основании (4.1)
Таким образом,
(4.2a)
Совершенно аналогично получаем:
, (4.2б)
и
. (4.2в)
Эти три равенства удобно объединяются в форме определителя:
(4.3)
Нетрудно показать, что потенциальные поля являются обязательно «безвихревыми», т. е. для всякого вектора будет . Чтобы проверить тождество
, (4.4)
достаточно рассмотреть какую-либо одну его проекцию. Так, составляя по формулам (4.2 а) и (2.4 а) проекцию этого вектора на ось х, имеем:
.
Другой важный факт заключается в том, что дивергенция вихревого поля тождественно равна нулю, т. е. такое векторное поле соленоидально (3.2):
. (4.5)
Действительно,
Из определения ротора, его можно трактовать в физическом смысле как вихрь.
4.3. Теорема Стокса. Перейдем, наконец, к теореме Стокса, содержание которой выражается равенством:
, (4.6)
где S - некоторая поверхность, a L - её контур, направление обхода которого при интегрировании согласовано с направлением положительной нормали к S, как и ранее. Согласно теореме Стокса, поток ротора некоторого вектора F через поверхность S равен циркуляции самого вектора по соответствующему контуру L.
Чтобы убедиться в справедливости теоремы Стокса, разобьем произвольную поверхность S на достаточно малые элементарные площадки Δ si (рис. 4.3) и для определения ротора внутри Δs i воспользуемся приближённым соотношением
есть внутри Δ si) вместо (4.1). Поскольку точность этого равенства может быть как угодно велика (достаточно лишь взять соответственно малые размеры элемента Δ si), то
где ε – наперёд заданная сколь угодно малая положительная величина.
Рис. 4.3
Выбрав все элементы достаточно малыми, произведём суммирование по i и получим:
где фигурирует циркуляция по граничному контуру L всей поверхности S, поскольку при суммировании части циркуляции по общим границам смежных элементов взаимно уничтожались; действительно, как видно из рис. 4.3, направления обходов общих участков границ смежных элементов противоположны.
Неограниченно измельчая все элементы и переходя соответственно этому от суммы к интегралу (N →∞), а также учитывая произвольную малость ε, приходим от предыдущего равенства к формулировке теоремы Стокса (4.6).
Дата добавления: 2014-12-18; просмотров: 41 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |