Свободная вода

Вода, которая содержится в почве сверх рыхлосвязанной, уже находится вне действия сорбционных сил. Такую воду называют свободной. Ее отличительная особенность — отсутствие ориентировки молекул воды по отношению к почвенным частицам. В почвах свободная вода присутствует в двух формах: капиллярной и гравитационной.

Капиллярная вода. Удерживается и передвигается в почве под действием капиллярных (менисковых) сил, которые начинают проявляться в капиллярных порах диаметром менее 8 мм. С наибольшей эффективностью капиллярные силы действуют в порах с диаметром от 100 до 3мкм. В капиллярах крупнее 8 мм они не проявляются, так как сплошной вогнутый мениск здесь не образуется. Поверхность воды остается преимущественно плоской, а ее искривления наблюдаются только у стенок капилляров. Капилляры с диаметром менее Змкм в основном заполнены физически связанной водой, поэтому передвижение в них капиллярной воды очень сильно замедляется или полностью исключено.

По физическому состоянию капиллярная вода жидкая. При положительных температурах она свободно испаряется с поверхности менисков, насыщая почвенный воздух парами воды, а при отрицательных температурах превращается в лед.

Капиллярная вода характеризуется высокой подвижностью и передвигается из зоны большего увлажнения в зону с меньшей влажностью как в вертикальном, так и в горизонтальном направлении. Поэтому она способна восполнять запасы влаги в верхних горизонтах почвы при интенсивном потреблении ее растениями или испарении. Капиллярная вода способна растворять различные химические соединения, а также перемещать растворенные вещества и коллоиды. Передвижение и испарение капиллярной воды играет огромную роль в образовании засоленных почв и аккумуляции в некоторых почвах полуторных оксидов.

Капиллярная вода подразделяется на капиллярно-подвешенную и капиллярно-подпертую.

Капиллярно-подвешенная вода заполняет капиллярные поры при увлажнении почвы с поверхности, атмосферными осадками или в результате полива. При этом под увлажненным слоем всегда имеется более сухой слой почвы. Вода увлажненного слоя как будто «висит» над менее влажной толщей почвы, от стекания она удерживается капиллярными силами. При распределении капиллярно-подвешенной воды по профилю почв в естественных условиях наблюдается постепенное уменьшение влажности с глубиной. В почвах легкого гранулометрического состава влажность всегда меньше, а уменьшение количества капиллярно-подвешенной влаги выражено сильнее по сравнению с суглинками и глинами.

Капиллярно-подвешенная вода может передвигаться как в нисходящем направлении, так и в направлении испаряющей поверхности. Скорость ее передвижения к поверхности и, следовательно, скорость испарения будут тем меньшими, чем лучше оструктурены почвы и чем сильнее они затенены.
В автоморфных почвах капиллярно-подвешенная вода служит важнейшим источником влаги, доступной для растений, и с экологической точки зрения представляет собой особую ценность. Поэтому все мероприятия, направленные на сохранение и пополнение запасов влаги в почве, уменьшение ее расхода на физическое испарение, прежде всего преследуют цель оптимизировать содержание именно капиллярно-подвешенной влаги.

Одна из разновидностей капиллярно-подвешенной воды — капиллярно-подвешенная стыковая вода. Она встречается преимущественно в песчаных почвах, где преобладают крупные поры. Здесь влага присутствует в виде разобщенных скоплений в местах соприкосновений или стыков песчаных частиц в форме двояковыпуклых линз («манжет»), удерживаемых капиллярными силами.

Капиллярно-подпертая вода образуется в почвах при поступлении из грунтовых вод по капиллярам на определенную высоту. Слой почвы, содержащий капиллярно-подпертую влагу непосредственно над зеркалом грунтовых вод, называют капилляр ной каймой. В песках и супесях капиллярная кайма составляет 40-60 см, в Суглинистых и глинистых почвах — 2-5 м. Содержание воды в кайме уменьшается снизу вверх. По мере расхода капиллярно-подпертой воды на транспирацию растениями или испарение ее запас пополняется новыми поступлениями из грунтовых вод.

Гравитационная вода. Передвигается в нисходящем (или боковом по уклону местности) Направлении под влиянием силы тяжести. На неё не действуют сорбционные и капиллярные силы почвы, для такой воды характерны жидкое состояние и высокая растворяющая способность. С гравитационной водой в миграционные процессы активно вовлекаются не только разнообразные водорастворимые химические соединения, но и тонкодисперсные частицы, перемещающиеся в почвенном профиле в виде коллоидных растворов и тонких суспензий. Различают гравитационную воду, просачивающуюся и воду водоносных горизонтов.

Просачивающаяся гравитационная вода передвигается по порам и трещинам почвы сверху вниз или в боковом направлении. Ее появление связано с поступлением в почву такого количества воды, которое превышает удерживающую силу менисков в капиллярах. Просачивающаяся гравитационная вода может достигать зеркала грунтовых вод и, пополняя их запасы способствовать повышению уровня. При глубоком залегании грунтовых вод просачивающаяся гравитационная вода в процессе нисходящего движения постепенно рассасывается, трансформируясь в капиллярно-подвешенная или пленочную воду.

Вода водоносных горизонтов представлена грунтовыми, почвенно-грунтовыми и почвенными водами, насыщающими почвенно-грунтовую толщу до состояния, при котором все поры и пустоты заполнены водой. Водоносные горизонты формируются при наличии в толще почвы или грунта водоупорного горизонта.

Большое количество гравитационной влаги в почве свидетельствует о временном или постоянном избыточном увлажнении, при котором в почве создаются анаэробные условия и начинает развиваться глеевый процесс. Все осушительные мелиорации, направлены в первую очередь на удаление из почвы гравитационной влаги.