Формы (категории) и состояние почвенной влаги

Вода в почвах очень неоднородна. Разные ее порции имеют разные физические свойства: термодинамический потенциал. теплоемкость, плотность, вязкость, удельный объем, химический состав, подвижность молекул, осмотическое давление и др. Эти свойства обусловлены характером взаимного расположения и взаимодействия молекул воды между собой и с другими фазами почвы — твердой, газовой, жидкой, каждая из которых имеет в свою очередь различные физические формы или категории. Формы почвенной влаги — порции почвенной воды, обладающие одинаковыми свойствами.

В истории почвоведения было предложено много классификаций категорий воды, содержащейся в почве. Наиболее современной и полной является классификация, разработанная А. А. Роде (1965), которая приводится ниже. Согласно этой классификации в почвах можно различать следующие пять категорий (форм) почвенной воды.

1. Химически связанная форма — это вода, входящая в состав вторичных (глинистых) минералов.

Роль химически связанной воды особенно велика в засоленных почвах. В них содержание солей, кристаллизующихся с большим количеством химически связанной воды, может составлять 2−5 и даже 20−30 вес.%. В таких случаях почва удерживает значительные количества кристаллизационной воды. Из некоторых соединений химически связанная вода легко выделяется при температурах 20−25° (мирабилит); в случае гипса она начинает выделяться при температуре 60−65° С.

Химически связанная вода включает в себя конституционную и кристаллизационную.

Конституционная вода представлена гидроксильной группой ОН химических соединений (гидроксиды железа, алюминия, марганца; органические и органоминеральные соединения; глинистые минералы), т. е. распадается на ионы.

Кристаллизационная вода представлена целыми водными молекулами кристаллогидратов, преимущественно солей (полугидрат — CaS04*Н2O, гипс — CaS04*2H20, мирабилит — Na2S04*10H20). Конституционную и кристаллизационную воду иногда объединяют общим понятием гидратной или кристаллогидратной воды.

Кристаллизационная вода по физическому состоянию является разновидностью твердой воды. Она неподвижна, растворяющим эффектом в отношении питательных веществ и солей не обладает и совершенно недоступна растениям. Она может быть выделена из почвы при более низких температурах, чем химически связанная. Например, из гипса вода выводится при нагревании его на протяжении 32 ч до температуры 82 °C. Как и химически связанная, эта форма воды полностью недоступна для растений.

Вторичные глинные минералы также содержат воду, входящую в состав их кристаллической решетки (в форме ОН-). Эта вода может быть полностью отдана лишь при воздействии температур порядка 165−175°, а для некоторых фракций воды — 300−500° и выше. Сходной формой является вода, химически связанная в гидроокислах железа, алюминия, марганца или кремния.

Кристаллизационная вода по физическому состоянию является разновидностью твердой воды. Она неподвижна, растворяющим эффектом в отношении питательных веществ и солей не обладает и совершенно недоступна растениям.

Роль химически связанной воды особенно велика в засоленных почвах. В них содержание солей, кристаллизующихся с большим количеством химически связанной воды, может составлять 2−5 и даже 20−30 вес.%. В таких случаях почва удерживает значительные количества кристаллизационной воды. Из некоторых соединений химически связанная вода легко выделяется при температурах 20−25° (мирабилит); в случае гипса она начинает выделяться при температуре 60−65° С.

Недоучет существования больших количеств химически связанной и кристаллизационной воды, например в солончаках и тяжелоглинистых почвах, может служить источником серьезных ошибок при оценке запаса полезной влаги в почвах перед поливами. Так, при большой засоленности и загипсованности почв влажность даже порядка 25% (определяемая путем высушивания при 105° С) представлена главным образом кристаллизационной водой, физиологически недоступной для растений. В сильно гипсоносных почвах влажность следует определять методом сушки образцов при температуре 60−65° С.

• 2. Парообразная вода. Эта вода содержится в почвенном воздухе порового пространства в форме водяного пара. Одна и та же почва может поглощать различное количество паров воды из атмосферного воздуха, что зависит от упругости пара: чем она больше, т. е. чем ближе припочвенный воздух к состоянию насыщения водяным паром, тем больше количество парообразно поглощенной воды в почве. в виде водяного пара. Пары воды поступают в почву из атмосферы и постоянно образуются в самой почве при испарении жидкой воды. Поэтому относительная влажность почвенного воздуха всегда близка к 100%. Этот показатель напрямую связан с температурой почвы. Снижение температуры почвы ведет к увеличению насыщенности воздуха паром, его последующей конденсации и переходу в жидкое состояние.; при повышении температуры имеет место обратный процесс. Парообразная вода в почве передвигается в ее поровом пространстве от участков с высокой упругостью водяного пара к участкам с более низкой упругостью (активное движение), а также вместе с током воздуха (пассивное движение). При наличии в почве свободной жидкой воды в почвенном воздухе содержится максимально возможное (при данной температуре) количество молекул пара. Ночью вследствие конденсации пара в приповерхностных горизонтах почвы и соответственного понижения в этих местах его упругости происходит движение пара вверх. Днем это движение приобретает обратное направление. Также пар движется вместе с почвенным воздухом под воздействием температуры и влажности почвы. В связи с этим в почве отмечаются восходящий и нисходящий сезонный и суточный потоки водяного пара. Содержание парообразной влаги в почве составляет около 0,001% от веса почвы.
• 3. Физически связанная (сорбированная) вода. Это вода, сорбированная на поверхности почвенных частиц, обладающих определенной поверхностной энергией за счет сил притяжения, имеющих различную природу. При соприкосновении почвенных частиц с молекулами воды последние притягиваются этими частицами, образуя вокруг них пленку. Удержание молекул воды происходит в данном случае силами сорбции, в основе которой лежит сила молекулярного притяжения. Она обусловлена свободной энергией молекул и ионов, находящихся на поверхности твёрдой фазы почвы. Чем сильнее степень раздробленности частиц и чем больше их общая поверхность, тем сильнее будут проявляться эти сорбционные силы.

Молекулы воды могут сорбироваться почвой как из парообразного, так и из жидкого состояния. Обладая дипольностью (частицы с двумя противоположно заряженными полюсами) молекулы воды притягиваются не только поверхностью почвенных частиц, но и взаимодействуют друг с другом противоположно заряженными полюсами. находясь в строго ориентированным положении. Естественно, что прочность связи молекул воды у поверхности почвенных частиц очень высока, достигая 17−37 тыс. атмосфер. Она значительно снижается по мере удаления от них. Исходя из этого, физически связанную воду подразделяют на прочносвязанную и рыхлосвязанную (слабосвязанную).

Прочносвязанная вода. Прочносвязанная вода — это вода, поглощенная почвой из парообразного состояния. Свойство почвы сорбировать парообразную воду называют гигроскопичностью почв, а воду, поглощенную таким образом, называют гигроскопической. Отсюда следует, что прочносвязанная вода в почве — это вода гигроскопическая. Она удерживается у поверхности почвенных частиц очень высоким давлением — порядка (1−2) * 109 Па, образуя вокруг почвенных частиц тончайшие пленки. Высокая прочность удержания обусловливает полную неподвижность гигроскопической воды. Прочносвязанная вода не подчиняется законам гидростатики и в этом отношении сходна с твердым телом. Энергия связи этой воды с частицами породы настолько значительна, что её можно отжать и то лишь частично при давлениях, равных десяткам и сотням мегапаскалей. Её плотность очень высока, порядка 1,5—1,8 г/см3, эта вода не замерзает, не растворяет электролиты, отличается повышенной вязкостью и не доступна растениям.

Вообще Прочносвязанная вода неоднородна. По энергии связи молекул воды с частицами пород можно выделить по крайней мере три различные категории прочносвязанной воды.

Первую категорию можно назвать «водой углов и сколов поверхности кристаллической решетки». Эта категория прочносвязанной воды характеризуется наименьшей подвижностью и свойствами, резко отличными от свободной воды. Удалить ее можно только при температуре 150—300°C Вода углов и сколов поверхности кристаллической решетки составляет лишь небольшую часть гигроскопической влажности грунта.

Второй вид прочносвязанной воды — это вода «ближней» гидратации ионов (преимущественно катионов), образующаяся при гидратации обменных катионов в результате электростатических (ион-дипольных) связей, возникающих между ними и молекулами воды. Эта вода более подвижна, чем вода первой категории, т. к. удаляется при температурах более 90—120°С.

Вода углов и сколов поверхности кристаллической решетки и вода «ближней» гидратации ионов суммарно составляет 1/10 часть от максимальной гигроскопической влажности почв. Нам пока неизвестно, как влияет на свойства почв каждый из этих видов прочносвязанной воды, но о суммарном влиянии их уже получены некоторые данные. Так, установлено, что их присутствие в глинистых, лёссовых и других связных почвах не снижает значительно прочности почв; ее величина остается близкой к максимальной. Это связано с тем, что обе описанные категории прочносвязанной воды не образуют вокруг частиц сплошную пленку воды, а располагаются «островами», приуроченными к наиболее энергетически активным местам частицы — к сколам и ребрам кристаллической решетки; базальные поверхности глинистых минералов являются как бы «сухими» и могут непосредственно взаимодействовать между собой.

Следующий вид прочносвязанной воды располагается по базальным поверхностям глинистых минералов и взаимодействует преимущественно через водородные связи со структурными группами ОН и О их поверхности. Этот вид прочносвязанной воды может быть назван «водой базальных поверхностей глинистых минералов». Уровень энергетической связи воды базальных поверхностей глинистых минералов с частицами меньше, чем у первых двух видов прочносвязанной воды, но значительно больше, чем у рыхлосвязанной воды. Этот вид прочносвязанной воды характеризуется малой подвижностью и свойствами, отличающимися от свободной воды. С образованием воды базальных поверхностей глинистых минералов вокруг их частиц возникают сплошные пленки прочносвязанной воды. Величина связи между частицами уменьшается, и вследствие этого снижается прочность почв. При полном содержании всех видов прочносвязанной воды, т. е. при влажности, близкой к максимальной гигроскопичности, потеря прочности глинистыми почвами уже значительна.

Количество водяного пара, который сорбируется почвой, тесно связан с относительной влажностью воздуха, с которым соприкасается почва. Чем больше влажность, тем большее количество воды сорбируется почвой. При низкой относительной влажности воздуха (порядка 20—40%) имеет место сорбция воды непосредственно почвенными частицами с образованием моно — бимолекулярного слоя. Дальнейшее увеличение относительной влажности воздуха обусловливает возрастание толщины водной пленки. Предельное количество воды, которое может быть поглощено почвой из парообразного состояния при относительной влажности воздуха, близкой к 100% (94—98%), называют максимальной гигроскопической водой (МГ). При влажности почвы, равной МГ, толщина пленки из молекул воды достигает 3—4 слоев. На гигроскопичность почв и МГ оказывают существенное влияние свойства твердой фазы почв, и в первую очередь те из них, с которыми связана удельная поверхность почвенных частиц (гранулометрический и минералогический состав почв, степень их гумусированности). Чем выше в почве содержание илистой и особенно коллоидной фракции, тем выше будет гигроскопичность почв и МГ. Ниже приведена максимальная гигроскопичность различных фракций покровных глин.

Гигроскопичность зависит ещё и от содержания гумуса. Поэтому почвы с более высоким его содержанием при одном и том же гранулометрическом составе всегда характеризуются большим значением максимальной гигроскопичности. В почвах минеральных максимальная гигроскопичность колеблется от 0,5−1% в слабогумусированных песках и супесях до 15−16% в сильногумусированных суглинках и глинах, а в торфах может достигать 30−50%.

Рыхлосвязанная (слабосвязанная) или плёночная. Рыхлосвязанная вода — вода, которая удерживается силами сорбции сверх максимальной гигроскопичности. И это правильно, так как почва не может поглощать сверх МГ парообразную воду, а жидкую, или близкую к ней по свойствам сорбирует и в большем количестве.

Рыхлосвязанная вода образуется на частицах поверх слоя прочносвязанной воды в виде дополнительной пленки, толщиной в несколько десятков молекул воды и удерживается молекулярными силами, причем наиболее прочно связывается слой воды, непосредственно прилегающий к адсорбированной воде. Такая плёнка имеет толщину, достигающую нескольких десятков и даже сотен диаметров молекул воды. По физическому состоянию рыхлосвязанная вода очень неоднородна, что обусловлено различной прочностью связи молекул различных слоев. Поэтому можно сказать, что она находится в вязкожидкой форме, т. е. занимает промежуточное положение между водой прочносвязанной и свободной, но по свойствам всё-таки ближе к свободной. Рыхлосвязанная (пленочная) вода в отличие от прочно-связанной может передвигаться в жидкой форме от почвенных частиц с более толстыми водяными пленками к частицам, у которых она тоньше, т. е. передвижение этой воды возможно при наличии некоторого градиента влажности и происходит оно очень медленно, со скоростью несколько десятков сантиметров в год. Однако содержание пленочной воды в почве определяется теми же свойствами почв, что и содержание максимальной гигроскопической. В среднем для большинства почв оно составляет 7—15%, иногда в глинистых почвах достигает 30−35 и падает в песчаных до 3−5%.

Рыхлосвязанная вода подразделяется на вторично ориентированную воду полислоев и воду, удерживаемую осмотическими силами.

Вторично ориентированная вода полислоев образуется вокруг частиц и адсорбированных ионов благодаря молекулярным связям, возникающим между молекулами прочносвязанной воды и молекулами воды, вновь поступающей в грунт. Она образует вокруг частиц как бы пленку и поэтому Д. Ф. Лебедев назвал ее «пленочной» водой. Этот вид связанной воды характеризуется малой связью с поверхностью, но по структуре и свойствам он отличается от свободной воды.

Температура замерзания вторично ориентированной воды полислоев —1,5°С. Она передвигается значительно медленнее по сравнению с капиллярным поднятием и падением гравитационной воды. По данным А. Ф. Лебедева, с повышением температуры скорость ее передвижения увеличивается.

Присутствие вторично ориентированной воды полислоев обусловливает способность грунтов к взаимодействию с другими предметами, которое выражается в их липкости.

Осмотическая вода, образуется в результате проникновения молекул воды из раствора в диффузный слой мицеллы, где концентрация ионов оказывается большей, чем в растворе. Эта вода наименьшего энергетического уровня связи. Она очень слабо связана с поверхностью, подвижность ее близка к подвижности свободной воды, по структуре и свойствам не отличается от последней.

Вода, удерживаемая осмотическими силами, трудно отделима от капиллярной воды, содержащейся в капиллярах малого диаметра. Присутствие в грунтах осмотической воды обусловливает их пластичность при определенном диапазоне влажности. Пластичность глинистых и лёссовых грунтов, а также почв начинается при влажности выше величины максимальной молекулярной влагоемкости, когда появляется осмотическая вода, и исчезает, когда в грунте помимо связанной воды появляется свободная вода.

4. Свободная вода. Вода, которая содержится в почве сверх рыхлосвязанной, находится уже вне области действия сил притяжения со стороны почвенных частиц (сорбционных) и является свободной. Отличительным признаком этой категории воды является отсутствие ориентировки молекул воды около почвенных частиц. В почвах свободная вода присутствует в капиллярной и гравитационной формах.

Капиллярная вода. Вода, удерживаемая в почве в порах малого диаметра, не превышающих 1 мм, под влиянием молекулярных сил и сил поверхностного натяжения, получивших в данном случае название капиллярных сил. Возникают такие силы по следующим причинам. Поверхностный слой жидкости по своим свойствам отличается от ее внутренних слоев. Если на каждую молекулу воды внутри жидкости равномерно действуют силы притяжения и отталкивания со стороны окружающих молекул, то молекулы, находящиеся в поверхностном слое жидкости, и испытывают одностороннее, направленное вниз притяжение только со стороны молекул, лежащих ниже поверхности раздела вода — воздух. Силы, действующие вне жидкости, относительно малы и ими можно пренебречь. Таким образом, поверхностные молекулы жидкости находятся под действием сил, стремящихся втянуть их внутрь жидкости. По этой причине поверхность любой жидкости стремится к сокращению, так как любая система стремится к компенсации свободной энергии (к форме сферы). Наличие у поверхностных молекул жидкости, ненасыщенных, неиспользованных сил сцепления является источником избыточной поверхностной энергии, которая также стремится к уменьшению. Это влечет за собой образование на поверхности жидкости как бы пленки, которая обладает поверхностным натяжением, или поверхностным давлением (давлением Лапласа), которое представляет собой разницу между атмосферным давлением и давлением жидкости.

Для различных жидкостей величина поверхностного натяжения колеблется от 16 до 75 эрг/см2. Понижение температуры заметно повышает поверхностное натяжение и наоборот. При колебании температуры в пределах 0−40° С вязкость воды изменяется в 2−3 раза, а поверхностное натяжение — на 10% (табл. ниже). Это весьма резко сказывается на водном режиме почв и на пространственной миграции растворов солей и питательных веществ.

Температура и свойства воды.

Как следствие, натяжение зависит от формы водных частиц и от их диаметра. Нормальным давлением под плёнкой такой частицы считается давление, равное 1,07*109Па.

Из-за разницы давления под плёнкой и атмосферного давления поверхность воды может быть вогнутой или выпуклой.

Если давление жидкости меньше атмосферного, то поверхность имеет вид вогнутого мениска, поверхностное давление будет меньше нормального. Если это выразить в уравнении Лапласа то оно будет выглядеть так:

Р1=Ро — б (1/Ri+1/R2), где Р1 — поверхностное давление, Ро — нормальное давление, где б — поверхностное натяжение, равное для воды 75,6−10Оі Н/м при 0 °C, R1+R2 — радиусы кривизны поверхности жидкости.

Если же давление жидкости больше атмосферного, то поверхность будет выпуклой формы и уравнение такое:

Р1=Ро + б (1/R+1/R2).

При соприкосновении воды со стенками пор капилляров вследствие смачивания и действия электростатических сил в них образуются мениски тем большей кривизны, чем меньше диаметр капилляров. Менисковые силы начинают проявляться в порах с диаметром менее 8 мм, но особенно велика их сила в порах с диаметром от 100 до 3 мкм. В порах крупнее 8 мм капиллярные свойства не выражены, так как сплошной вогнутый мениск здесь не образуется и большая часть поверхности остается плоской, искривление ее наблюдается только у стенок. Если поры меньше 3 мкм, то мениски тоже не образуются, так как в таких порах как правило содержится уже связанная вода. Важно ещё то, что из-за этого поднимается только до определённого уровня — не выше 10 м. Это происходит ещё из-за соответствия данной величине атмосферного давления.

Образование менисков связано с ещё одним явлением. Силы притяжения, действующие между молекулами твёрдого тела и жидкости, заставляют её подниматься по стенке сосуда, что приводит к искривлению примыкающего к стенке участка поверхности. Это создаёт отрицательное капиллярное давление, которое в каждой точке искривленной поверхности в точности уравновешивает давление, вызванное подъёмом уровня жидкости. Оно создаётся ещё из-за следующего. Поры в почве образуют целую систему, другими словами мозаику капилляров различных размеров, в которых образуются мениски различной кривизны. В результате этого в почвах существует разность давлений не только под мениском и плоской поверхностью пленки натяжения, но и между поверхностью менисков разной кривизны. Такую разность поверхностных давлений и называют отрицательным капиллярным давлением.

Отрицательное капиллярное давление оказывает стягивающее действие на ограничивающие жидкость стенки. Это может приводить к значительной объёмной деформации высокодисперсных систем и пористых тел — капиллярной контракции. Так, например, происходящий при высушивании рост капиллярного давления приводит к значительной усадке материалов Гидростатическое давление в объёме жидкости при этом изменений не претерпевает.

Капиллярная вода подразделяется на несколько видов: капиллярноподвешенную, капиллярно-подпертую, капиллярно-посаженную.

Капиллярноподвешенная вода заполняет капиллярные поры при увлажнении почв сверху (после дождя или полива). При этом под промоченным слоем всегда имеется сухой слой, т. е. гидростатическая связь увлажненного горизонта с постоянным или временным горизонтом подпочвенных вод отсутствует. Вода, находящаяся в промоченном слое, как бы «висит», не стекая, в почвенной толще над сухим слоем. Поэтому она и получила название подвешенной.

В природных условиях в распределении капиллярно-подвешенной воды по профилю почв всегда наблюдается постепенное уменьшение влажности с глубиной.

Подвешенная вода удерживается в почвах достаточно прочно, но до определенного предела, обусловленного разностью давлений, создаваемой в менисках верхней и нижней поверхностей водного слоя. Если этот предел разницы давлений превышен, начинается стекание воды. Капиллярно-подвешенная вода может передвигаться как в нисходящем направлении, так и вверх, в направлении испаряющейся поверхности. При активном восходящем движении воды в почвах близ поверхности происходит накопление веществ, содержащихся в растворенном виде в почвенном растворе. Засоление почв в поверхностных горизонтах обязано во многом данному явлению. Происходит это в том случае, если в почвах в пределах промачиваемого с поверхности слоя имеется горизонт скопления легкорастворимых солей или если полив почв осуществляется минерализованными водами.

В суглинистых почвах количество капиллярно-подвешенной воды и глубина промачивания почвы за счет этой формы воды могут достигать значительных величин. В песчаных почвах эти показатели значительно ниже.

Распределение капиллярно-подвешенной воды в однородных по гранулометрическому составу грунтах.

Капиллярно-подвешенная вода в почвах сохраняется длительное время, являясь доступной для растений. Поэтому эта форма воды с экологической точки зрения представляет особую ценность. Скорость передвижения капиллярноподвешенной воды к поверхности и, следовательно, скорость ее испарения, т. е. потери воды из почвы, определяются главным образом структурностью почв. В структурных почвах этот процесс идет медленнее и вода дольше сохраняется. Одной из разновидностей капиллярно-подвешенной воды, встречающейся главным образом в песчаных почвах, является вода стыковая капиллярно-подвешенная Возникновение ее в почвах легкого механического состава обязано тому, что в этих почвах преобладают поры, размер которых превышает размер капилляров. В данном случае вода присутствует в почвах в виде разобщенных скоплений в местах соприкосновения — стыка твердых частиц в форме двояковогнутых линз («манжеты»), удерживаемых капиллярными силами.

Капиллярно-подпертая вода образуется в почвах при подъеме воды снизу от горизонта грунтовых вод по капиллярам на некоторую высоту, т. е. это вода, которая содержится в слое почвы непосредственно над водоносным горизонтом и гидравлически с ним связана, подпираемая водами этого горизонта.

Капиллярно-подпертая вода встречается в почвенной-грунтовой толще любого гранулометрического состава. Слой почвы или грунта, содержащий капиллярно-подпертую воду непосредственно над водоносным горизонтом, называют капиллярной каймой. В почвах тяжелого механического состава она обычно больше (от 2 до 6 м), чем в почвах песчаных (40—60 см). Содержание воды в кайме уменьшается снизу вверх. Изменение влажности в песчаных почвах при этом происходит более резко. Мощность капиллярной каймы при равновесном состоянии воды характеризует водоподъемную способность почвы.

Схема распределения.

капиллярно-подпертой (А) и капиллярно-подвешенной (Б) влаги в почвах Капиллярно-посаженная вода (подперто-подвешенная) образуется в слоистой почвенно-грунтовой толще, в мелкозернистом слое при подстилании его слоем более крупнозернистым, над границей смены этих слоев. В слоистой толще из-за изменения размеров капилляров на поверхности раздела тонкои грубодисперсных горизонтов возникают дополнительные нижние мениски, что способствует удержанию некоторого количества капиллярной воды, которая как бы «посажена» на эти мениски.

Поэтому в слоистой толще распределение капиллярной воды имеет свои особенности. Так, на контакте слоев различного гранулометрического состава наблюдается повышение влажности, в то время как в однородных почвогрунтах влажность равномерно убывает либо вниз по профилю (при капиллярно-подвешенной воде), либо вверх по профилю (при капиллярно-подпертой воде). Влажность слоистой почвенно-грунтовой толщи при прочих равных условиях всегда выше влажности толщи однородной.

Гравитационная вода Основным признаком свободной гравитационной воды является передвижение ее под действием силы тяжести, т. е. она находится вне влияния сорбционных и капиллярных сил почвы. Для нее характерны жидкое состояние, высокая растворяющая способность и возможность переносить в растворенном состоянии соли, коллоидные растворы, тонкие суспензии. Гравитационную воду делят на просачивающуюся гравитационную и воду водоносных горизонтов.

Просачивающаяся гравитационная вода находится преимущественно в зоне аэрации и передвигается под влиянием силы тяжести сверху вниз. Это движение продолжается до тех пор, пока она не встретит на своем пути слой грунта, обладающий малой водопроницаемостью — фактически водонепроницаемый, водоупорный горизонт. После этого дальнейшее движение воды происходит под влиянием напора в виде грунтового потока. Слой грунта, в котором движется вода грунтового потока, называется водоносным горизонтом.

Просачивающаяся вода оказывает локальное воздействие на толщу пород. В частности, глинистые, лёссовые и другие связные грунты теряют прочность лишь на пути ее движения. В других точках пласта прочность породы сохраняется.

Вода водоносных горизонтов это грунтовые, почвенно-грунтовые и почвенные воды (почвенная верховодка), насыщающие почвенно-грунтовую толщу до состояния, когда все поры и промежутки в почве заполнены водой (за исключением пор с защемленным воздухом). Эти воды могут быть либо застойными, либо, при наличии разности гидравлических напоров, стекающими в направлении уклона водоупорного горизонта. Удерживаются они вследствие малой водопроницаемости подстилающих грунтов. Присутствие значительных количеств свободной гравитационной воды в почве — явление неблагоприятное, свидетельствующее о временном или постоянном избыточном увлажнении, что способствует созданию в почвах анаэробной обстановки и развитию глеевого процесса. Осушительные мелиорации направлены, как правило, на уменьшение запасов свободной гравитационной воды в почвах.

5. Твердая вода — лед. Твердая вода в почве — это лед, являющийся потенциальным источником жидкой и парообразной воды, в которую он переходит в результате таяния и испарения. Появление воды в форме льда может иметь сезонный (сезонное промерзание почвы) или многолетний («вечная» мерзлота) характер. Поскольку почвенная вода — это всегда раствор, температура замерзания воды в почве ниже 0 °C.

Лед может содержаться в грунте в виде отдельных кристаллов или в виде прослоев чистого льда, достигающих местами значительной мощности. Кристаллы льда в большинстве случаев играют роль цемента, скрепляющего минеральные частицы друг с другом. Благодаря присутствию льда резко изменяются свойства грунта.

Свойства мерзлых рыхлых пород очень чувствительны к изменению температуры, особенно при переходе ее через нуль градусов, так как при этом резко изменяется содержание незамерзшей воды. Изменение количества незамерзшей воды влияет на большую часть физических и химических свойств дисперсных мерзлых грунтов.

При промерзании дисперсных и особенно глинистых пород происходит миграция влаги и льдовыделение, которые резко изменяют строение грунтов, что также влияет на их физические и механические свойства. Следует иметь в виду, что повторные замерзания и оттаивания дисперсных пород могут приводить к необратимым изменениям структуры (и в том числе дисперсности) и их свойств (увеличивается количество свободной воды, возрастает фильтрационная способность, изменяется прочность, электрические свойства и т. д.).