मातीची संरचना
मातीच्या संरचनेचा अर्थ जमिनीच्या वस्तुमध्ये घन अवस्थेची मांडणी असा होतो. जसे ज्ञात आहे, माती घन कणांनी आणि पाणी, हवा किंवा जलवाष्पाने भरलेल्या छिद्रांनी बनलेली असते; बहुतेक वेळा काही प्रमाणात हवा आणि काही प्रमाणात पाणी असते. मातीतील घन कणांच्या मांडणीनुसार तिची रचना निश्चित होते. असंलग्न आणि संलग्न मातीच्या संरचना परस्परांपासून लक्षणीयरीत्या भिन्न असतात.
असंलग्न मातीची रचना
असंबद्ध मातीची रचना गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावाखाली बदलते. या मातीचे घन कण मोठे असतात आणि खाली पडतात, गुरुत्वाकर्षणाच्या प्रभावाने साचतात, तर अशा कणांमधील आंतर-अणु आकर्षण बल अस्तित्वात नसतात किंवा अत्यल्प असतात आणि गुरुत्वाकर्षणाने मात केलेले असतात. म्हणून असंबद्ध मातीमध्ये घन कण एकमेकांच्या शेजारी बसतात, आणि रचलेल्या कणांमधील रिकामी जागा व्यापतात (आकृ. 1_a_). जर असंबद्ध मातीचे कण साधारणतः गोलाकार आणि समान आकाराचे असतील, जसे समसमान रचनेच्या वाळूमध्ये असू शकते, तर रचना सर्वाधिक घन (आकृ. 1_b_) किंवा सर्वाधिक सैल (आकृ. 1_c_) असू शकते, जे मातीतील घन कणांच्या मांडणीवर अवलंबून असते. सर्वाधिक घन रचना असंबद्ध मातीच्या कमाल घनीकरण क्षमतेशी जुळते आणि तिची रंध्रता nmin=26% आहे. सर्वाधिक सैल रचना असंबद्ध मातीच्या किमान शक्य घनीकरणाशी जुळते आणि तिची रंध्रता nmax=48% आहे. उदाहरणार्थ, वाळूच्या टेकड्यांमधील सैल वाळूची n=47% असते.
आकृ. 1 असंयोजित मातीची रचना
जर सैल मातीमध्ये कणांच्या आकारमानात विविधता असेल, म्हणजे लहान कण मोठ्या कणांमधील पोकळ्या भरून काढत असतील (आकृ. 2), तर मातीची रंध्रता लक्षणीयरीत्या कमी असते (n=20% आणि त्याहून कमी).
आकृ. 2. वेगवेगळ्या कण-आकाराच्या असंबद्ध मातीची रचना
जोडलेल्या मातीची रचना
बंधित मातीत संरचना अबंधित मातीपेक्षा वेगळी असते. बंधित मातीत सांघिक बल दिसून येतात, जी सूक्ष्म कणांच्या गुरुत्वाकर्षण बलापेक्षा अधिक मजबूत असतात आणि संपर्क पृष्ठभागांवर त्यांना एकमेकांना चिकटवतात. त्यामुळे हे कण सलग खाली पडत नाहीत, तर एकमेकांवर आणि शेजारीशेजारी चिकटलेले राहतात (चित्र 3_a_), अशा प्रकारे साखळी-जाळीसारखी रचना (चित्र 3_b_), फुलक्यासारखी (चित्र 3_c_) इत्यादी तयार होते, ज्यांना उच्च क्रमाची संरचना म्हणतात. अशा संरचनांमध्ये मोठी रंध्रता असते, जी एकूण वस्तुमानाच्या 60-80% पर्यंत जाऊ शकते, आणि हे अबंधित मातीत शक्य नसते.
आकृ. 3. बंधनित मातीची रचना
सच्छिद्रता आणि सच्छिद्रतेचा गुणांक
मृदेची छिद्रता ही मृदेतील छिद्रांच्या आयतनाचा एकूण आयतनाशी असलेल्या अनुपाताने परिभाषित केली जाते (आकृ. 4).
आकृ. 4. मातीची रंध्रता आणि रंध्रता गुणांक
जर आपण असे दर्शविले तर
- Vp = मातीतील रंध्रांचे घनफळ
- Vm = घन कणांचे आयतन
- V = मातीचे एकूण आयतन,
मातीची सच्छिद्रता n ही व्याख्येनुसार
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
म्हणजे मातीच्या एकूण घनफळाच्या % मध्ये
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
मातीचा सच्छिद्रता गुणांक हा रंध्रांच्या घनफळाचे घन कणांच्या घनफळाशी असलेल्या गुणोत्तराने निश्चित केला जातो:
e = VP / Vm.
छिद्रता n साठीच्या सूत्रावरून आपल्याला मिळते:
nVP + nVm = VP, म्हणून Vm = VP(1-n) / n.
ही किंमत e च्या सूत्रात बसविल्यास आपल्याला मिळते
e = n / (1-n).
या समीकरणावरून आपल्याला मिळते
e - ne = n; n = e / (1 + e).
छिद्रता गुणांक मातीची घनता दर्शवतो. जर e गुणांक जास्त असेल, तर मातीची घनता कमी असते आणि उलटही. जर काही संपीड्य माती भाराखाली बसत असेल, तर बसण्यापूर्वी आणि बसल्यानंतरच्या छिद्रता गुणांकाच्या साहाय्याने बसण्याची मात्रा Δ_h_ निश्चित करता येते.
ह… h एवढ्या जाडीचा संपीड्य मातीचा थर विचारात घेऊ (आकृ. 5_a_). जर या थरावर भार दिला, तर तो Δ_h एवढ्या उंचीने बसतो, आणि त्यामुळे भारामुळे त्याची जाडी h1 पर्यंत कमी होते. म्हणून
Δ_h_ = h – h1.
कारण संपीड्य मातीचे बसणे छिद्रांच्या खर्चावर होते, कारण घन कण प्रत्यक्षात असंपीड्य असतात, तसेच छिद्रे मातीच्या पाण्याने अंशतः किंवा पूर्णपणे भरलेली असल्यास पाणीही असंपीड्य असते; म्हणून हे बसणे आकृ. 5_b_ मध्ये योजनात्मकरीत्या दर्शवता येते.
आकृ. 5. भाराखाली h जाडीच्या संपीड्य मातीच्या थराचे बसणे Δh
जर आपण h0 ही पोकळ्यांशिवाय घन कणांच्या थराची कल्पित उंची, म्हणजे कमी केलेली उंची, असे दर्शविले, तर आपण बसणे Δ_h_ हे कमी केलेल्या उंची h0 च्या संदर्भात पुढील संबंधाने व्यक्त करू शकतो:
जर आपण एकक रुंदी आणि एकक लांबीचा मातीचा थर विचारात घेतला, तर h, h1 आणि h0 या उंची घनफळांचे प्रतिनिधित्व करतात, म्हणून
जिथे e हा साठण्यापूर्वीचा सच्छिद्रतेचा गुणांक आहे, e1 साठण्यानंतरचा. वरीलवरून साठणे मिळते
Δ_h_ = h0 (e-e1).
घसरणीची अभिव्यक्ती घसरणीपूर्वी थराची उंची h यांच्या संदर्भातही करता येते, जर आपण कमी केलेल्या उंचीचे मूल्य h0 बदलले तर:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
कारण n = VP / V = VP / h_,_ म्हणून VP = nh.
म्हणून असे मिळते
मातींच्या विविध प्रकारांची सच्छिद्रता n आणि सच्छिद्रतेचा गुणांक e यांची खालील सरासरी मूल्ये असतात:
मातीतील आर्द्रता
मातीतील पाण्याचे प्रकार
मातीतील पाणी घन कणांमधील रंध्रांतील पाण्याच्या रूपात म्हणजेच रंध्र पाणी, तसेच घन कणांवर शोषित पाणी आणि संस्थात्मक पाणी या रूपांत आढळते.
छिद्र पाणी हे मुक्त पाणी या घन कणांमधील पाण्यापासून बनलेले असते, ज्याची हालचाल Darcy च्या नियमानुसार होते; त्यानंतर गुरुत्वीय पाणी, जे गुरुत्वाच्या प्रभावाखाली सर्व दिशांनी वरून खाली हालते, पण त्याची हालचाल Darcy च्या नियमानुसार होत नाही; केशिकीय पाणी, जे केशिकीय बलांच्या प्रभावाखाली हालते; आणि पृष्ठताणाचे पाणी, जे मातीच्या घन कणांमधील कोपऱ्यांत पृष्ठताणामुळे धरून ठेवले जाते आणि याला कोनीय छिद्र पाणी असेही म्हणतात. हे सर्व पाणी मातीला 110oC तापमानावर वाळवून पूर्णपणे काढून टाकता येते.
शोषित पाणी म्हणजे ते जे घन कणांना वेढून असते आणि ज्याच्याशी ते आण्विक बलांनी जोडलेले असते. याला तथाकथित जलपट म्हणतात, ज्याची जाडी 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, मिलिमायक्रॉन) इतकी असते. जाड कणांच्या बाबतीत शोषित पाण्याचा परिणाम नगण्य असतो; मात्र कण जितके सूक्ष्म तितका त्याचा परिणाम अधिक, कारण कणांचे एकूण पृष्ठफळ वाढते आणि त्यामुळे मातीच्या एकक घनफळातील घन कणांच्या तुलनेत शोषित पाण्याचे प्रमाणही वाढते. हे पाणी फक्त 110oC येथे वाळवून अंशतःच काढता येते.
संस्थात्मक पाणी हे मातीतील घन कणांच्या खनिज स्फटिकांमध्ये रासायनिकरीत्या संयुक्त असते. हे पाणी अत्यल्प प्रमाणात असते आणि माती वाळवून ते काढता येत नाही. म्हणून हे पाणी घन कणाचा अविभाज्य भाग मानले जाऊ शकते.
मातीतील पाण्याचे प्रमाण
Po definiciji količina vode u tlu ili vlažnost tla je odnos težine vode sadržane u tlu prema težini njegovih čvrstih sastojaka. Prema količini vode u tlu razlikuju se tri slučaja: tlo potpuno zasićeno vodom, tlo delimično zasićeno vodom i tlo potpuno suvo.
पाणी पूर्णपणे संतृप्त माती
जर आपण n ने मातीची छिद्रता, γs ने सर्व कणांचा आयतनभार, γw ने पाण्याचा आयतनभार दर्शविला, तर संतृप्त मातीची ओलावा wZ पुढील समीकरणाने व्यक्त करता येते
माती अंशतः पाण्याने संतृप्त
जर आपण Ww ने मृदेत असलेल्या पाण्याचे वजन, आणि Wd ने घन कणांचे वजन म्हणजेच मृदेचे कोरडे वजन दर्शविले, तर मृदेतील आर्द्रता w
w = Ww / Wd , म्हणजेच मातीच्या कोरड्या वजनाच्या टक्केवारीत: w = 100 Ww / Wd.
या प्रकरणात मातीतील आर्द्रता आर्द्रता पातळी Sr द्वारे व्यक्त करता येते, जी मातीतील प्रत्यक्ष पाण्याच्या वजनाचा त्याच मातीतील त्या पाण्याच्या वजनाशी असलेला अनुपात दर्शवते, जेव्हा सर्व छिद्रे पाण्याने भरलेली असतील, म्हणजेच संपृक्त मातीतील पाण्याच्या वजनाच्या तुलनेत:
तसेच _γ_w = 1,00 साठी Sr = w*γs / e.
आर्द्रतेच्या पातळीच्या मर्यादा मूल्ये अशी आहेत:
- पूर्ण कोरड्या मातीसाठी w = 0; Sr = 0
- पूर्णतः संपृक्त मातीसाठी w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
आकृ. 6. पाण्याने अंशतः संपृक्त मृदेचा नमुना
संतृप्तीचा दर्जा (कधीकधी यास संतृप्तता किंवा आर्द्रतेचा दर्जा असेही म्हणतात) हा पाण्याने भरलेल्या रंध्रांच्या आयतनाचा एकूण रंध्र-आयतनाशी असलेल्या गुणोत्तरानेही व्यक्त केला जातो (आकृ. 6):
Sr = V2 / V1
जिथे V2 हे पाण्याने भरलेल्या रंध्रांचे प्रमाण, V1 हे पाणी, हवा आणि वायूंनी भरलेल्या रंध्रांचे एकूण प्रमाण आहे. जर w ही कोरड्या मातीच्या वजनाच्या Wd, टक्क्यांमधील आर्द्रता असेल, तर आपल्याकडे
V2 * γW = w Wd, येथून V2 = w Wd / γw.
दुसऱ्या बाजूला, आपल्याकडे V1 = V – Vd, आणि Vd * γs = Wd, असल्याने, ते
Vd = Wd / γs आणि V1 = V – Wd / γs.
त्यामुळे, मातीच्या संतृप्ततेची पातळी Sr ही असेल
म्हणजेच जमिनीच्या कोरड्या वजनाच्या टक्केवारीत
माती पूर्णपणे कोरडी
या प्रकरणात w = 0. सर्व छिद्रजल काढून टाकलेले आहे, तर शोषित पाणी फक्त अंशतः काढलेले आहे, म्हणजेच जलपटल अजूनही अस्तित्वात आहे, परंतु त्याची जाडी कमी झाली आहे.