مٹی کی ساخت
مٹی کی ساخت سے مراد زمینی کمیت میں ٹھوس مرحلے کی ترتیب ہے۔ جیسا کہ معلوم ہے، مٹی ٹھوس ذرات اور ان خلاؤں پر مشتمل ہوتی ہے جو پانی، ہوا یا آبی بخارات سے بھرے ہوتے ہیں، عموماً جزوی طور پر ہوا اور جزوی طور پر پانی سے۔ مٹی میں ٹھوس ذرات کی ترتیب کے مطابق اس کی ساخت متعین ہوتی ہے۔ غیر بندھی اور بندھی مٹی کی ساختیں ایک دوسرے سے نمایاں طور پر مختلف ہوتی ہیں۔
غیر بندھی مٹی کی ساخت
غیر بندھے ہوئے مٹی کی ساخت کششِ ثقل کے اثر سے بن جاتی ہے۔ اس مٹی کے ٹھوس ذرات بڑے ہوتے ہیں اور نیچے کی طرف گرتے ہیں، کششِ ثقل کے اثر سے بیٹھ جاتے ہیں، جبکہ ایسے ذرات کے درمیان باہمی کششی قوتیں موجود نہیں ہوتیں یا نہایت معمولی ہوتی ہیں اور کششِ ثقل سے مغلوب ہو جاتی ہیں۔ اسی وجہ سے غیر بندھے ہوئے مٹی میں ٹھوس ذرات ایک دوسرے کے ساتھ ترتیب پاتے ہیں اور ان کے درمیان موجود خالی جگہ بھر دیتے ہیں (شکل 1_a_)۔ اگر غیر بندھے ہوئے مٹی کے ذرات تقریباً گول شکل اور ایک ہی سائز کے ہوں، جیسا کہ یکساں ساخت والی ریت میں ہو سکتا ہے، تو ساخت سب سے زیادہ گھنی (شکل 1_b_) یا سب سے کم گھنی (شکل 1_c_) ہو سکتی ہے، جو مٹی میں ٹھوس ذرات کی ترتیب پر منحصر ہے۔ سب سے زیادہ گھنی ساخت غیر بندھے ہوئے مٹی کی زیادہ سے زیادہ گنجائشِ تراکم کے مطابق ہوتی ہے اور اس کی مسامیت nmin=26% ہوتی ہے۔ سب سے کم گھنی ساخت غیر بندھے ہوئے مٹی کی کم سے کم ممکنہ گنجائشِ تراکم کے مطابق ہوتی ہے اور اس کی مسامیت nmax=48% ہوتی ہے۔ چنانچہ مثال کے طور پر ڈینی ریت کی ڈھیلی تہہ کی n=47% ہوتی ہے۔
شکل 1 غیر بندھے ہوئے مٹی کی ساخت
اگر غیر بندھی ہوئی مٹی میں ذرّات کے سائز مختلف ہوں، اس طرح کہ باریک ذرّات بڑے ذرّات کے درمیان خلا بھر دیں (شکل 2), تو مٹی کی مسامیت نمایاں طور پر کم ہوتی ہے (n=20% اور اس سے کم)۔
شکل 2. مختلف ذرّی جسامت والے غیر بندھے ہوئے مٹی کی ساخت
بندھی ہوئی مٹی کا ڈھانچہ
بندھی ہوئی مٹی میں ساخت غیر بندھی مٹی کے مقابلے میں مختلف ہوتی ہے۔ بندھی ہوئی مٹی میں ہم آہنگی کی قوتیں پیدا ہوتی ہیں، جو باریک ذرات کی کششِ ثقل کی قوت سے زیادہ مضبوط ہوتی ہیں اور انہیں رابطی سطحوں پر آپس میں چپکا دیتی ہیں۔ اسی وجہ سے یہ ذرات ترتیب وار نیچے نہیں گرتے، بلکہ ایک دوسرے کے اوپر اور ایک دوسرے کے ساتھ چپکے رہتے ہیں (شکل 3_a_)، یوں زنجیری جالی نما ساخت (شکل 3_b_)، فلیک نما (شکل 3_c_) وغیرہ تشکیل پاتی ہیں، جنہیں اعلیٰ درجے کی ساختیں کہا جاتا ہے۔ ایسی ساختوں میں بہت زیادہ مسامیت ہوتی ہے، جو کل کمیت کے 60-80% تک پہنچ سکتی ہے، جو غیر بندھی مٹی میں ممکن نہیں۔
شکل 3. بندھ جانے والی مٹی کی ساخت
مسامیت اور مسامیت کا عدد
مٹی کی پوروسٹی کو مٹی کے مجموعی حجم کے مقابلے میں مساموں کے حجم کے تناسب سے متعین کیا جاتا ہے (شکل 4)۔
شکل 4. مٹی کی مسامیت اور مسامیت کا ضریب
اگر ہم کو
- Vp = مٹی میں مساموں کے حجم کو
- Vm = ٹھوس ذرات کے حجم کو
- V = مٹی کی کل حجم،
تعریف کے مطابق مٹی کی مسامیت n ہے
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
یعنی مٹی کے کل حجم کے % میں
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
مٹی کی مسامیت کا عدد چھیدوں کے حجم اور ٹھوس ذرّات کے حجم کے تناسب سے متعین کیا جاتا ہے:
e = VP / Vm.
مسامیت n کے فارمولے سے ہمارے پاس ہے:
nVP + nVm = VP, جہاں سے Vm = VP(1-n) / n.
اس قدر کو e کے فارمولے میں رکھ کر ہمیں حاصل ہوتا ہے
e = n / (1-n).
اس مساوات سے ہمیں حاصل ہوتا ہے
e - ne = n; n = e / (1 + e).
پوروسٹی کا ضریب مٹی کی کثافت کو ظاہر کرتا ہے۔ اگر ضریب e زیادہ ہو تو مٹی کی کثافت کم ہوتی ہے، اور اس کے برعکس۔ اگر کوئی دبنے والی مٹی بوجھ کے تحت بیٹھ جائے، تو پوروسٹی کے ضریب کو بیٹھنے سے پہلے اور بعد میں استعمال کر کے نشست کی مقدار Δ_h_ معلوم کی جا سکتی ہے۔
آئیے موٹی h والی دبنے کے قابل مٹی کی ایک تہہ کا جائزہ لیں (شکل 5_a_)۔ اگر ہم اس تہہ پر بوجھ ڈالیں تو یہ Δ_h بلندی تک بیٹھ جائے گی، چنانچہ بوجھ کے باعث اس کی موٹائی کم ہو کر h1 رہ جائے گی۔ لہٰذا
Δ_h_ = h – h1.
چونکہ دبنے والی مٹی کی بیٹھنے کی نشست مساموں کے حساب سے ہوتی ہے، کیونکہ ٹھوس ذرات عملی طور پر ناقابلِ دَبن ہوتے ہیں، اور اسی طرح پانی بھی، اگر مٹی کے مسام اس سے جزوی یا مکمل طور پر بھرے ہوں، تو اس بیٹھنے کو خاکہ وار شکل میں شکل 5_b_ میں دکھایا جا سکتا ہے۔
شکل 5. لوڈ کے تحت h موٹائی والی قابلِ سکڑاؤ مٹی کی تہہ کا نشست Δh
اگر ہم h0 سے ٹھوس ذرات کی بغیر مساموں والی فرضی پرت کی اونچائی، جسے ردوکس کی ہوئی اونچائی کہا جاتا ہے، ظاہر کریں، تو ہم بیٹھنے Δ_h_ کو ردّوکس کی ہوئی اونچائی h0 کے مقابلے میں اس نسبت سے بیان کر سکتے ہیں:
اگر ہم مٹی کی ایسی تہہ کو دیکھیں جس کی چوڑائی اور لمبائی اکائی کے برابر ہوں، تو h, h1 اور h0 کی بلندییں حجمیات کی نمائندگی کرتی ہیں، لہٰذا
جہاں e سِلَی سے پہلے مسامیت کا عدد ہے، اور e1 سِلَی کے بعد۔ اوپر دی گئی سے بیٹھنا حاصل ہوتا ہے
Δ_h_ = h0 (e-e1).
بیٹھنا اس تہہ کی اونچائی h کے حوالے سے بھی ظاہر کیا جا سکتا ہے، اگر ہم گھٹی ہوئی اونچائی h0 کی قدر کو بدل دیں:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
چونکہ n = VP / V = VP / h_,_ لہٰذا VP = nh. ہے۔
اس طرح سے حاصل ہوتا ہے
مختلف اقسام کی مٹی میں پوروسٹی n اور پوروسٹی کے عدد e کی درج ذیل اوسط قدریں ہوتی ہیں:
مٹی کی نمی
مٹی میں پانی کی اقسام
مٹی میں پانی، ٹھوس ذرات کے درمیان مساموں میں موجود پانی کی شکل میں ظاہر ہوتا ہے، جسے نام نہاد مسامی پانی کہتے ہیں، پھر ٹھوس ذرات پر adsorbovana voda کی صورت میں، اور konstituciona voda کی صورت میں۔
پورا پانی آزاد پانی پر مشتمل ہوتا ہے جو ٹھوس ذرات کے درمیان ہوتا ہے، جس کی حرکت ڈارسی کے قانون کے مطابق ہوتی ہے، پھر کششِ ثقل پانی، جو ثقل کے اثر سے اوپر سے نیچے ہر سمت حرکت کرتا ہے، مگر اس کی حرکت ڈارسی کے قانون کے مطابق نہیں ہوتی، کیپلری پانی جو کیپلری قوتوں کے اثر سے حرکت کرتا ہے، اور سطحی تناؤ کے پانی، جو مٹی کے ٹھوس ذرات کے درمیان کونوں میں سطحی تناؤ کے ذریعے برقرار رہتا ہے اور اسے زاویائی پورا پانی بھی کہا جاتا ہے۔ یہ تمام پانی مٹی کو 110oC درجہ حرارت پر خشک کرنے سے مکمل طور پر نکالا جا سکتا ہے۔
Adsorbovana voda وہ پانی ہے جو ٹھوس ذرات کو گھیرتا ہے، اور ان سے سالماتی قوتوں کے ذریعے بندھا ہوتا ہے۔ یہ نام نہاد پانی کی فلم ہے، جس کی موٹائی 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, milimikron) تک ہوتی ہے۔ بڑے ذرات میں adsorbed پانی کا اثر نہ ہونے کے برابر ہوتا ہے، تاہم ذرات جتنے باریک ہوں اتنا ہی اس کا اثر زیادہ ہوتا ہے، کیونکہ ذرات کی مجموعی سطح بڑھ جاتی ہے اور اس کے ساتھ ہی مٹی کے فی اکائی حجم میں adsorbed پانی اور ٹھوس ذرات کا تناسب بھی بڑھ جاتا ہے۔ اس پانی کو صرف جزوی طور پر 110oC پر خشک کر کے نکالا جا سکتا ہے۔
Constitutional water کیمیائی طور پر معدنیات کے اُن کرسٹلز میں جڑی ہوتی ہے جو مٹی کے ٹھوس ذرات میں موجود ہوتے ہیں۔ اس پانی کی مقدار بہت کم ہوتی ہے اور اسے مٹی کو خشک کر کے نہیں نکالا جا سکتا۔ اس لیے اس پانی کو ٹھوس ذرے کا لازمی حصہ سمجھا جا سکتا ہے۔
مٹی میں پانی کی مقدار
تعریف کے مطابق مٹی میں پانی کی مقدار یا مٹی کی نمی، مٹی میں موجود پانی کے وزن اور اس کے ٹھوس اجزا کے وزن کا تناسب ہے۔ مٹی میں پانی کی مقدار کے مطابق تین صورتیں ہوتی ہیں: مکمل طور پر پانی سے سیر مٹی، جزوی طور پر پانی سے سیر مٹی، اور مکمل خشک مٹی۔
پانی سے مکمل طور پر سیراب مٹی
اگر ہم مٹی کی مسامیت n، تمام ذرات کی حجمی وزن γs، پانی کی حجمی وزن γw سے ظاہر کریں، تو سیر شدہ مٹی کی نمی wZ کو درج ذیل مساوات سے ظاہر کیا جا سکتا ہے
پانی سے جزوی طور پر سیر شدہ زمین
اگر ہم Ww سے مٹی میں موجود پانی کا وزن، اور Wd سے ٹھوس ذرات یعنی مٹی کا خشک وزن ظاہر کریں، تو مٹی کی نمی w
w = Ww / Wd , یعنی خشک مٹی کے وزن کے فیصد میں: w = 100 Ww / Wd.
اس صورت میں مٹی کی نمی کو نمی کی ڈگری Sr سے ظاہر کیا جا سکتا ہے، جو مٹی میں پانی کے حقیقی وزن اور اسی مٹی میں اس پانی کے وزن کا تناسب ہے جو اس وقت ہوتا اگر تمام مسام پانی سے بھرے ہوتے، یعنی سیر شدہ مٹی کے پانی کے وزن کے مقابلے میں:
یا برائے _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
نمی کی درجے کے لیے حدی اقدار یہ ہیں:
- بالکل خشک مٹی کے لیے w = 0; Sr = 0
- مکمل طور پر سیراب مٹی کے لیے w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
تص. 6. پانی سے جزوی طور پر سیر شدہ مٹی کا نمونہ
تکمیلی درجہ (جسے کبھی کبھی تکمیل یا نمی کا درجہ بھی کہا جاتا ہے) پانی سے بھرے ہوئے مساموں کے حجم اور مجموعی مسامی حجم کے نسبت کے طور پر بھی ظاہر کیا جاتا ہے (شکل 6):
Sr = V2 / V1
جہاں V2 پانی سے بھرے مساموں کا حجم ہے، V1 پانی، ہوا اور گیسوں سے بھرے مساموں کا کل حجم ہے۔ اگر w خشک مٹی کے وزن Wd کے فیصد کے طور پر مٹی کی نمی ہو، تو ہمارے پاس
V2 * γW = w Wd, جس سے V2 = w Wd / γw.
دوسری طرف، ہمارے پاس ہے کہ V1 = V – Vd, اور چونکہ Vd * γs = Wd, اس لیے
Vd = Wd / γs اور V1 = V – Wd / γs.
لہٰذا، مٹی کے سیرابی درجے Sr کی قیمت یہ ہوگی
یا مٹی کے خشک وزن کے فیصد کے طور پر
زمین مکمل طور پر خشک
اس صورت میں w = 0۔ سارا مساماتی پانی ہٹا دیا گیا ہے، جبکہ جذب شدہ پانی صرف جزوی طور پر نکالا گیا ہے، یعنی پانی کی تہہ اب بھی موجود ہے، لیکن اس کی موٹائی کم ہو گئی ہے۔