די סטרוקטור פֿון דער ערד
אונטער דער סטרוקטור פֿון באָדן פֿאַרשטייט מען די אָרדענונג פֿון דער פֿעסטער פֿאַזע אין דער ערד־מאַסע. ווי באַקאַנט, באַשטייט באָדן פֿון פֿעסטע טיילקעלעך און פּאָרעס אָנגעפֿילט מיט וואַסער, לופֿט אָדער וואַסערדאַמף, מערסטנס טיילווײַז מיט לופֿט, טיילווײַז מיט וואַסער. לויט דער אָרדענונג פֿון די פֿעסטע טיילקעלעך אין באָדן ווערט באַשטימט זײַן סטרוקטור. די סטרוקטורן פֿון נישט־געבונדן און געבונדן באָדן אונטערשיידן זיך באַטייטיק איינער פֿון צווייטן.
די סטרוקטור פֿון נישט־געבונדן באָדן
די סטרוקטור פֿון נישט־צוזאַמענגעהאַלטן באָדן ווערט אונטער דער ווירקונג פֿון גראַוויטאַציע. די פֿעסטע פּאַרטיקלעך פֿון דעם באָדן זענען גרעסער און פֿאַלן אַראָפּ, זעצן זיך אָפּ אונטער דער ווירקונג פֿון גראַוויטאַציע, בעת אינטערמאָלעקולאַרע צוציִענדיקע כּוחות פֿון אַזעלכע פּאַרטיקלעך עקזיסטירן נישט אָדער זענען נישטיק און איבערגעוווּנען דורך גראַוויטאַציע. דערפֿאַר לייגן זיך בײַ נישט־צוזאַמענגעהאַלטן באָדן די פֿעסטע פּאַרטיקלעך איינס לעבן צווייטן, און נעמען דעם פֿרייען אָרט צווישן די צוזאַמענגעשטעלטע פּאַרטיקלעך (איל. 1_a_). אויב די פּאַרטיקלעך פֿון נישט־צוזאַמענגעהאַלטן באָדן האָבן אַ בערך קײַלעכיקן פֿאָרעם און די זעלבע גרייס, ווי עס קען זײַן בײַ זאַמד פֿון גלײַכן צוזאַמענשטעל, דאַן קען די סטרוקטור זײַן די געדיכטסטע (איל. 1_b_) אָדער די זעלטןסטע (איל. 1_c_), לויט דער פֿאַראָרדענונג פֿון די פֿעסטע פּאַרטיקלעך אין באָדן. די געדיכטסטע סטרוקטור שטימט צו דער גרעסטער מעגלעכער צעמישונג פֿון נישט־צוזאַמענגעהאַלטן באָדן און זײַן פּאָראָסיטעט איז nmin=26%. די זעלטןסטע סטרוקטור שטימט צו דער קלענסטער מעגלעכער צעמישונג פֿון נישט־צוזאַמענגעהאַלטן באָדן און זײַן פּאָראָסיטעט איז nmax=48%. אַזוי למשל האָט לויזער דונעס־זאַמד n=47%.
פֿיג. 1 באַשאַף פֿון נישט־פֿאַרבונדן באָדן
אויב דער ניט־בונדן באָדן האָט פֿאַרשידענע גרייסן פֿון גראַנולן, אַזוי אַז די קלענערע פּאַרטיקלעך פֿילן אויס די ליידיקע רוימען צווישן די גרעסערע (פֿיג. 2), איז די פּאָראָזיטעט פֿונעם באָדן באַדײַטנדיק קלענער (n=20% און ווייניקער).
איל. 2. די סטרוקטור פֿון נישט־צוזאַמענגעהאַלטן באָדן מיט פֿאַרשידענע גראַנול־גרעב
סטרוקטור פֿון פֿאַרבונדן באָדן
בײַ געבונדענער ערד איז די סטרוקטור אַנדערש ווי בײַ ניט־געבונדענער. בײַ געבונדענער ערד קומען פֿאָר קאָוכיזיע־קרעפֿטן, וואָס זײַנען שטאַרקער פֿון דער פֿאָר פֿון גראַוויטאַציע אויף די קליינע טיילן און קלעבן זיי צוזאַמען אויף די קאָנטאַקט־פֿלאַכן. דערפֿאַר פֿאַלן די טיילן נישט אַראָפּ איינס נאָכן אַנדערן, נאָר בלײַבן צוזאַמענגעקלעבט איינע אויף דער אַנדערער און איינע נעבן דער אַנדערער (פֿיג. 3_a_), און שאַפֿן אַזוי אַ קייט־נעצדיקע סטרוקטור (פֿיג. 3_b_), אַ פֿלאַקסיקע (פֿיג. 3_c_) אאַז״ו, וואָס מע רופֿט סטרוקטורן פֿון העכערער אָרדן. אַזעלכע סטרוקטורן האָבן אַ גרויסע פּאָראָסיטעט, וואָס קען דערגרייכן ביז 60-80% פֿון דער גאַנצער מאַסע, וואָס איז ניט מעגלעך בײַ ניט־געבונדענער ערד.
Sl. 3. סטרוקטור פֿון פֿאַרבונדן באָדן
פּאָראָסיטעט און דער פּאָראָסיטעט־קאָעפֿיציענט
פּאָראָסיטעט פֿון דער ערד ווערט דעפֿינירט דורך דעם יחס פֿון דעם באַנד פֿון די פּאָרן צו דעם גאַנצן באַנד פֿון דער ערד (פֿיג. 4).
פֿיג. 4. פּאָראָסיטעט און דער פּאָראָסיטעט־קאָעפֿיציענט פֿוןן באָדן
אויב מיר באַצייכענען מיט
- Vp = דעם פּאָרן-וואָלומען אין דעם באָדן
- Vm = דאָס באַנד פֿון די פֿעסטע פּאַרטיקלעך
- V = די גאַנץ־מאַסע פֿון דעם באָדן,
די פּאָרעזיטעט פֿון דער ערד n איז לויט דעפֿיניציע
n = VP / V = VP / (VP + Vm),
דאָס הייסט אין % פֿון דער גאַנצער וואָלומען פֿון באָדן
n = 100 * VP / (VP + Vm) %.
דער פּאָראָזקייט־קאָעפֿיציענט פֿון דעם באָדן ווערט באַשטימט דורך דעם יחס פֿון דעם פּאָרן־וואָלומען צו דעם וואָלומען פֿון די פֿעסטע פּאַרטיקלען:
e = VP / Vm.
פֿון דער פֿאָרמולע פֿאַר פּאָרעזיטעט n האָבן מיר:
nVP + nVm = VP, פֿון וואַנען Vm = VP(1-n) / n.
דורך אַרײַנשטעלן דעם דאָזיקן ווערט אין דער פֿאָרמולע פֿאַר e באַקומען מיר
e = n / (1-n).
פֿון דער דאָזיקער גלײַכונג באַקומען מיר
e - ne = n; n = e / (1 + e).
דער פּאָראָסיטעט־קאָעפֿיציענט ווײַזט אָן די געדיכטקייט פֿון דעם באָדן. אויב דער קאָעפֿיציענט e איז גרעסער, איז דער באָדן ווייניקער געדיכט, און פֿאַרקערט. אויב אַ צעקוועטשבאַרער באָדן זינקט אונטער אַ באַעלאַסטונג, קען מען מיטן פּאָראָסיטעט־קאָעפֿיציענט פֿאָרן און נאָך דעם זינקען באַשטימען די גרייס פֿון דעם זינקען Δ_h_.
מיר באַטראַכטן אַ שיכט פֿון צודריקבאַרן באָדן מיט דער גרעב h (פֿיג. 5_a_). אויב מען באַלעסטיקט די דאָזיקע שיכט, וועט זי זיך זעצן מיט דער הייך Δ_h_, אַזוי אַז איר גרעב וועט זיך, צוליב דער באַלעסטונג, פֿאַרקלענערן אויף h1. דערפֿאַר
Δ_h_ = h – h1.
ווײַל די זעצונג פֿון קאָמפּרעסיבֿן באָדן פֿירט זיך אויף קאָסט פֿון די פּאָרן, ווײַל די פֿעסטע חלקיקלעך זײַנען פּראַקטיש ניט־קאָמפּרעסיבֿל, און אויך דאָס וואַסער, אויב די באָדן־פּאָרן זײַנען מיט אים טיילווײַז אָדער גאַנץ אָנגעפֿילט, קען מען די דאָזיקע זעצונג סכעמאַטיש פאָרשטעלן אויף פֿיג. 5_b_.
פֿיג. 5. זעצונג Δh פֿון אַ קאָמפּרעסיבלע שיכט באָדן מיט דער דיקייט h אונטער באַלאסטונג
אויב מיר באַצייכענען מיט h0 די פֿאַרגעדאַכטע הייך פֿון אַ שיכטע פֿעסטע פּאַרטיקלעך אָן פּאָרן, גערופֿן רעדוצירטע הייך, קענען מיר דאַן אויסדריקן דעם זעצן Δ_h_ אין באַציִונג צו דער רעדוצירטער הייך h0 דורך דעם יחס:
אויב מען באַטראַכט אַ באָדן־שיכט מיט ברייט און לענג וואָס זײַנען גלײַך צו איינס, דאַן פֿאָרשטעלן די הויכן h, h1 און h0 די וואָלומען, און עס איז
ווו e איז דער פּאָרעזקייט־קאָעפֿיציענט פֿריִער, e1 נאָך דער זעצונג. פֿון דעם פֿריִערדיקן באַקומט מען די זעצונג
Δ_h_ = h0 (e-e1).
די זעצונג קען מען אויסדריקן אין באַציִונג צו דער הייך פֿון דער שיכט h פֿאַר דער זעצונג, אויב מיר פֿאַרבײַטן דעם ווערט פֿון דער ראַדוצירטער הייך h0:
h0 = h – nh = h (1-n) = h / (1+e),
ווייל n = VP / V = VP / h_,_ פֿון וואַנען VP = nh.
דערפֿון באַקומט מען
געוויסע סאָרטן באָדן האָבן די ווײַטערדיקע דורכשניטלעכע ווערטן פֿון פּאָראָסיטעט n און פֿון פּאָראָסיטעט־קאָעפֿיציענט e:
באָדן־נעכקייט
טיפּן וואַסער אין דער ערד
וואַסער אין באָדן טרעט אויף אין דער פֿאָרעם פֿון וואַסער אין די פּאָרן צווישן די פֿעסטע פּאַרטיקלעך, דאָס גערופענע פּאָר־וואַסער, דערנאָך ווי אַדסאָרבירט וואַסער אויף די פֿעסטע פּאַרטיקלעך און ווי קאָנסטיטוציאָנעלער וואַסער.
פּאָרעזע וואַסער באַשטייט פֿון פֿרײַער וואַסער צווישן די פֿעסטע פּאַרטיקלעך, וועמענס באַוועגונג פֿירט זיך לויטן Darcy־געזעץ, דערנאָך פֿון גראַוויטאַציע־וואַסער, וואָס באַוועגט זיך אונטער דער ווירקונג פֿון שטראַלעכץ פֿון אויבן אַראָפּ אין אַלע ריכטונגען, אָבער זײַן באַוועגונג פֿירט זיך נישט לויטן Darcy־געזעץ, פֿון קאַפּילאַרער וואַסער, וואָס באַוועגט זיך אונטער דער ווירקונג פֿון קאַפּילאַר־קראַפֿטן, און פֿון וואַסער פֿון אויבערפֿלאַך־ שפּאַנונג, וואָס ווערט געהאַלטן דורך אויבערפֿלאַך־שפּאַנונג אין די ווינקלען צווישן די פֿעסטע פּאַרטיקלעך פֿון באָדן און הייסט אויך ווינקלדיק פּאָרעז וואַסער. דאָס גאַנצע וואַסער קען מען גאָר אַוועקנעמען דורך טריקענען דעם באָדן בײַ אַ טעמפּעראַטור פֿון 110oC.
אַדסאָרבירט וואַסער איז דאָס, וואָס אַרומכאַפּט די פֿעסטע פּאַרטיקלעך, צו וועלכע עס איז פֿאַרבונדן מיט מאָלעקולאַרע כּוחות. דאָס איז דער אַזוי גערופֿענער וואַסער־פֿילם, וועמענס גרעב באַוועגט זיך 6-80 µµ (1µµ=10-6 mm, מילימיקראָן). דער איינפֿלוס פֿון אַדסאָרבירט וואַסער בײַ גרעסערע פּאַרטיקלעך איז נישט באַדײַטנדיק; אָבער וואָס קלענער די פּאַרטיקלעך זענען, אַלץ גרעסער איז זײַן איינפֿלוס, ווײַל די אַלגעמיינע אָפֿפֿלאַך פֿון די פּאַרטיקלעך נעמט צו, און דערמיט אויך דער יחס פֿון אַדסאָרבירט וואַסער צו די פֿעסטע פּאַרטיקלעך אין אַ איינהייט וואָליום פֿון באָדן. דאָס וואַסער קען מען נאָר טיילווײַז אַרויסנעמען דורך טראָקענען בײַ 110oC.
קאָנסטיטוציאָנעלער וואַסער איז כעמיש צונויפֿגעבונדן אין די קריסטאַלן פֿון מינעראַלן אין די פֿעסטע פּאַרטיקלעך פֿון דעם באָדן. פֿון דעם וואַסער איז דאָ זייער ווייניק, און מען קען עס ניט אַרויסנעמען דורך טראָקענען דעם באָדן. דערפֿאַר קען מען באַטראַכטן דעם וואַסער ווי אַן אינטעגראַלן טייל פֿון דער פֿעסטער פּאַרטיקל.
וואַסער־מאָס אין באָדן
לויט דעפֿיניציע איז דער וואַסער־אינהאַלט אין באָדן, אָדער די באָדן־פֿײַכטקייט, דער פֿאַרהעלטעניש צווישן דער וואָג פֿון וואַסער וואָס איז אַנטהאַלטן אין באָדן און דער וואָג פֿון זײַנע פֿאַסטע באַשטאַנדטיילן. לויטן וואַסער־אינהאַלט אין באָדן טיילט מען אויס דריי פֿאַלן: באָדן גאָר זאַטיק מיט וואַסער, באָדן טיילווײַז זאַטיק מיט וואַסער און באָדן גאַנץ טרוקן.
באָדן גאַנץ זאַט מיט וואַסער
אויב מיר באַצייכענען מיט n די פּאָרעזיטעט פֿון באָדן, γs דעם באַנד־געוויכט פֿון אַלע פּאַרטיקלעך, γw דעם באַנד־געוויכט פֿון וואַסער, דעמאָלט קען מען די נעסטקייט פֿון דעם סאַטורירטן באָדן wZ אויסדריקן מיט דער ווײַטערדיקער גלייכונג
דער באָדן טיילווײַז פֿאַרזאַטיקט מיט וואַסער
אויב מיר באַצייכענען מיט Ww דאָס וואָג פֿון וואַסער, וואָס איז אַנטהאַלטן אין דער ערד, מיט Wd דאָס וואָג פֿון די פֿעסטע טיילכלעך, הייסט דעם טרוקענעם וואָג פֿון דער ערד, דאַן איז דער נאַסקייט־גראַד פֿון דער ערד w
w = Ww / Wd , דהיינו אין פּראָצענט פֿון דער טרוקענער וואָג פֿונעם באָדן: w = 100 _Ww / Wd.
אין דעם פֿאַל קען מען אויסדריקן די באָדן־פֿײַכטקייט מיט דעם גראַד פֿון פֿײַכטקייט Sr, וואָס רעפּרעזענטירט דעם פֿאַרהעלטעניש פֿון דער עכטער וואַסער־וואָג אין באָדן צו יענער וואַסער־וואָג אין דעם זעלבן באָדן, וואָס וואָלט געווען אויב אַלע פּאָרן וואָלטן געווען אָנגעפֿילט מיט וואַסער, באַצ. צו דער וואָג פֿון וואַסער אין זאַטיקן באָדן:
ד.ה. פֿאַר _γ_w = 1,00 Sr = w*γs / e.
די גרענעץ־ווערטנס פֿאַרן גראַד פֿון פֿײַכטקייט זײַנען:
- פֿאַר גאַנץ טרוקן באָדן w = 0; Sr = 0
- פֿאַר גאָר זעטיקטן באָדן w = e/γs; Sr = e/γs * γs / e = 1,0.
Sl. 6. באָדן־פּראָבע טיילווײַז זאַטיקט מיט וואַסער
דער גראַד פֿון סאַטוראַציע (וואָס מאָל אויך ווערט גערופֿן סאַטוראַציע אָדער פֿײַכקייט־גראַד) ווערט אויך אויסגעדריקט דורך דעם יחס פֿון דעם וואָלומען פֿון פּאָרעס אָנגעפֿילט מיט וואַסער צו דעם גאַנצן וואָלומען פֿון פּאָרעס (פֿיג. 6):
Sr = V2 / V1
וווּ V2 איז דער פּאָרן־וואָלומען אָנגעפֿילט מיט וואַסער, V1 דער גאַנץ פּאָרן־וואָלומען אָנגעפֿילט מיט וואַסער, לופֿט און גאַזן. אויב w איז די הומידיטעט פֿון דער ערד אין % פֿון דער טרוקענער וואָג פֿון דער ערד Wd, האָבן מיר
V2 * γW = w Wd, פֿון וואַנען V2 = w Wd / γw.
אויף דער אַנדערער זײַט האָבן מיר אַז V1 = V – Vd, און ווײַל Vd * γs = Wd, איז
Vd = Wd / γs און V1 = V – Wd / γs.
דערפֿאַר וועט דער סאַטוראַציעגראַד פֿון דעם באָדן Sr זיין
דאָס הייסט, אין פּראָצענטן פֿון דער טרוקענער וואָג פֿון דעם באָדן
דער באָדן גאָר טרוקן
אין דעם פֿאַל איז w = 0. אַלע פּאָרן-וואַסער איז אַוועקגענומען, בשעת די אַדסאָרבירטע וואַסער איז בלויז טיילווייז אַוועקגענומען, ד.ה. דער וואַסערפֿילם עקזיסטירט נאָך, אָבער זײַן גרעב איז פֿאַרקלענערט.