Основное уравнение статики атмосферы.

 

Уравнение, описывающее изменение атмосферного давления с высотой в предположении статического равновесия, т. е. при равновесии силы тяжести и вертикальной составляющей барического градиента: или Интеграл этого уравнения называется барометрической формулой.

Билет 27

1.

2.

3. Морфология почв, раздел почвоведения, изучающий внешние признаки почв как отражение их внутренних генетических свойств, режимов, современных и прежних процессов и условий формирования. В природе наблюдаются многообразные сочетания морфологических признаков почв по вертикали (по которым определяются типы профилей и диагностируется классификационная принадлежность почв).

В качестве основных морфологических признаков почвы выделяют: почвенный профиль, окраску и цвет почв, почвенную структуру, гранулометрический (механический) состав почв, сложение почв, новообразования и включения.

Почвенный профиль. При рассмотрении достаточно глубокого почвенного разреза можно увидеть, что почвенная толща имеет слоистое строение.

Эта псевдослоистость обусловлена разделением почвенной толщи на почвенные горизонты, каждый из которых более или менее однороден по механическому, минералогическому, химическому составу, физическим свойствам, структуре, цвету и другим признакам. Почвенные горизонты обособляются постепенно в процессе формирования почвы, отсюда их другое название – «генетические» горизонты. Однако даже в окончательно сформированных почвах горизонты, как правило, не имеют резкой границы и постепенно переходят один в другой. Совокупность генетических горизонтов образует почвенный профиль.

Принцип расчленения почвенной толщи на генетические горизонты установлен впервые В.В.Докучаевым, им же были введены для них первые буквенные обозначения.

В различных типах почв генетические горизонты существенно отличаются, однако в первом приближении выделяют два типа строения почвенного профиля – автоморфный и гидроморфный.

Почвенный профиль автоморфных почв. Автоморфные почвы – это почвы, формирование которых проходит в условиях хорошо дренируемых водоразделов, т.е. под влиянием атмосферной влаги, систематические нисходящие токи которой обуславливают перемещение химических элементов сверху вниз. Режим почвенной влаги в этих условиях может быть как промывным, так и непромывным. Грунтовые воды расположены относительно глубоко.

Почвообразующая порода. Ниже переходной части профиля залегает материнская (почвообразующая) горная порода, на которой сформировалась данная почва. В почвоведении эта порода обозначается как горизонт С, она уже не затронута специфическими процессами почвообразования (аккумуляцией гумуса, выносом элементов и т.д.), однако верхняя часть горизонта несет следы почвообразования в виде соединений, привнесенных сюда из верхней части почвенного профиля.

Подстилающая горная порода. Горизонт D (R) – подстилающая горная порода, залегающая ниже материнской (почвообразующей) горной породы и отличающаяся от нее своими свойствами.

Почвенный профиль гидроморфных почв, т. е. почв, формирование которых происходит в условиях близкого расположения грунтовых вод. В этом случае процесс почвообразования идет под воздействием грунтовых вод, которые периодически или постоянно обогащают почвенную толщу определенным химическими элементами и создают специфическую геохимическую обстановку. Режим почвенной влаги в этих условиях соответствует выпотному или застойному.

При близком залегании грунтовых вод и капиллярном их подъеме в почвенную толщу различные соединения выпадают примерно в той же последовательности, как и при нисходящем движении вод. Однако в то время как при нисходящем движении ближе к поверхности расположены менее растворимые соединения, при восходящем движении грунтовых вод картина обратная – более растворимые соединения находятся близко к поверхности или располагаются непосредственно на ней.

Почвенный профиль гидроморфных почв состоит, во-первых, из более или менее выраженной перегнойно-аккумулятивной части, и во-вторых, из системы минерально-аккумулятивных горизонтов, каждый из которых называется по слагающему его соединению.

Окраска и цвет почвы – наиболее выразительные морфологические признаки, по которым выделяются генетические горизонты в профиле и устанавливаются их границы. Эти признаки характеризуют тип почвообразования и состав почвообразующих пород.

Понятия цвет и окраска в почвоведении различаются. Термин окраска – более общий и характеризует изменения (неоднородность, пятнистость) цветовых характеристик горизонта. Термин цвет – колористическое понятие, относится непосредственно к сочетанию тонов, интенсивности и другим хроматическим параметрам. Многие почвы получили свое название по преобладающему цвету: черноземы, красноземы, сероземы и т.д.

Окраска отдельного почвенного горизонта может быть однородной и неоднородной. Однородная – весь горизонт однообразно окрашен в какой-либо цвет, часто осветляется к нижней границе. Неоднородная – горизонт окрашен в различные цвета, при этом форма участков разного цвета может быть различной (пятна, полосы, мраморовидность). Окраска почвенной массы никогда не бывает «чистой» (монотонной), а сопровождается дополнительными тонами, придающими ей тот или иной оттенок.

Цвет почвы зависит от наличия в почве того или иного количества красящих веществ. Верхние горизонты окрашены гумусом в темные цвета (серые и коричневые). Чем больше гумуса содержит почва, тем темнее ее цвет. Железо и марганец придают почве бурые, охристые, красные тона. Белесые, белые тона предполагают наличие процессов оподзоливания (вымывания продуктов разложения минеральной части почв). Белый цвет может быть признаком осолодения, засоления, окарбоначивания, т. е. присутствия в почве кремнезема, каолина, углекислого кальция и магния, гипса и других солей. Синие (сизые) и зеленые цветавсегда связаны с переувлажнением почв и с присутствием специфических минералов, содержащих закись железа.

Цвет нижних горизонтов почвенного профиля, в основном, определяется окраской почвообразующих пород, их составом и степенью выветривания. Наиболее характерны различные оттенки коричнево-бурого цвета, обусловленные окраской плейстоценовых отложений – широко распространенных почвообразующих пород.

Цвет почвы в значительной степени зависит от степени влажности и источника освещения, поэтому окончательное определение цвета принято делать по образцам в сухом состоянии при рассеянном дневном освещении.

Структурность почв – это способность почвы естественно распадаться на отдельности (агрегаты), состоящие из склеенных перегноем и иловатыми частицами механических элементов почвы. Форма структурных отдельностей, их размер и прочность четко отражают характер процессов, протекающих в почве.

Структура почвы оказывает влияние на аэрацию почвы и ее водопроницаемость, определяет устойчивость почвы против эрозии. На образование почвенной структуры оказывают влияние: корневая система травянистой растительности, деятельность почвенной фауны, а также различные физические процессы: увлажнение и высыхание, замерзание и оттаивание, нагревание и охлаждение. Главными клеющими веществами почв при их оструктуривании являются: гумус, глинистое вещество, гидроксиды железа и алюминия. Поэтому песчаные почвы, лишенные глинистых частиц и содержащие мало гумусовых веществ, бесструктурны. Важную роль структурообразования в гумусовом горизонте играют травянистые растения, создающие своей корневой системой комковатую структуру.

Название структуры почвы дается по преобладающим отдельностям. Каждому типу почв и каждому генетическому горизонту характерны определенные типы почвенных структур. Например, для гумусовых горизонтов характерна зернистая, комковато-зернистая, порошисто-комковатая структура; для элювиальных горизонтов – плитчатая, листоватая, чешуйчатая, пластинчатая; для иллювиальных – столбчатая, призматическая, ореховатая, глыбистая и т.д.

Большое значение для агрономической характеристики почвы имеет водопрочность структуры почвы, т.е. образование прочных, не размываемых в воде отдельностей. Почвы, обладающие водопрочной структурой, имеют благоприятный для развития растений водно-воздушный режим, механические свойства и т.д. Почвы, не имеющие такой структуры, быстро заплывают, становятся непроницаемыми для воды и воздуха, а при высыхании растрескиваются на крупные глыбы.

Гранулометрический (механический) состав почв. Гранулометрическим (механическим) составом почвы называется весовое соотношение в почве частиц разного размера. Под частицами разного размера подразумеваются группы частиц, диаметр которых лежит в определенных пределах. Каждая из таких групп называется гранулометрической (механической) фракцией почвы.

В основу разделения механических фракций положены различия, главным образом, в водно-физических свойствах частиц. Так, каменистая часть почвы (d > 1 мм) с точки зрения водно-физических свойств не активна, инертна; она не способна удерживать влагу. Песок (d = 1,0–0,05 мм) обладает слабой водоудерживающей способностью. Пыль (d = 0,05–0,001 мм) очень хорошо удерживает воду и обладает хорошей водоподъемной способностью; ил (d < 0,001 мм) имеет плохую водопроницаемость и меньшую, чем у пылеватых частиц, водоподъемную способность.

Механический состав почвы является важной характеристикой, необходимой для определения производственной ценности почвы, ее плодородия, способов обработки и т.д. От механического состава зависят почти все физические и физико-механические свойства почвы: влагоемкость, водопроницаемость, порозность, воздушный и тепловой режим и др. При известном навыке почвы можно достаточно четко разделять на глинистые, суглинистые, супесчаные и песчаные:

Песчаные почвы – бесструктурны, не обладают связностью, сыпучи, при большом увлажнении можно скатать в шарик.

Супесчаные почвы – в сухом состоянии сыпучи, бесструктурны, во влажном состоянии легко скатываются в шар, но «шнура» или «колбаски» не образуют.

Суглинистые почвы – в сухом состоянии легко втираются в кожу, во влажном состоянии пластичны и легко раскатываются в «шнур» или «колбаску». Чем тоньше «шнур» или «колбаска», тем данная почва ближе к глине.

Глинистые – в сухом состоянии при растирании на ладони дают тонкий однородный порошок (пудру), хорошо втирающийся в кожу, во влажном состоянии раскатываются в длинный, тонкий шнур, легко сворачиваемый в кольцо без трещин.

Сложение почвы. Под сложением почвы понимают внешнее выражение степени и характера ее плотности и порозности. Сложение оказывает большое влияние на сопротивление почвы почвообрабатывающим орудиям, на ее водопроницаемость и в значительной степени на глубину проникновения в нее корней растений.

Порозность почвы. Почвенные частички и структурные элементы, входящие в состав почвы, прилегают друг к другу не всеми своими плоскостями, а лишь отдельными точками или гранями, вследствие чего сама почва приобретает характер пористого тела, пронизанного целой системой трещин, пор, ячеек, пустот. Общий объем всех этих воздушных пор, полостей, трещин и пр. в определенном объеме почвы называют порозностью или скважностью почвы. Суммарный объем почвенных пор составляет от 25 до 60% объема почвы.

На порозность почвы большое влияние оказывает, прежде всего, структурное строение почвы: чем почвы структурнее, тем общая порозность больше (поскольку, помимо заключенных в комках пор, эти почвы имеют промежутки, находящиеся между структурными отдельностями). Всякое разрушение почвенной структуры, могущее произойти в результате воздействия на почву природных факторов или вследствие неправильной обработки почв, ведет за собой уменьшение общей порозности почвы. Заметное влияние на порозность почв оказывает также органическое вещество почв: чем органического вещества больше, тем больше порозность (так, например, порозность песка около 30%, а торфа – около 85%). Порозность заметно меняется в зависимости от глубины почвенного слоя: в верхних слоях она больше, в нижних – меньше. Объясняется это большим содержанием гумуса и лучшей структурой верхних горизонтов, большим воздействием на верхние слои почвы корней растений и роющих животных, а также меньшим давлением вышележащих слоев.

Плотность почвы – это интегрированная плотность всех компонентов ее твердой фазы – различных минералов и органических веществ.

Степени плотности почв в сухом состоянии:

1). Рассыпчатое сложение – почва обладает сыпучестью, отдельные частицы не сцементированы между собой.

2). Рыхлое сложение – лопата легко входит в почву на полный «штык», почва хорошо оструктурена, но структурные агрегаты плохо сцементированы между собой.

3). Уплотненное сложение – лопата легко входит в почву на «полштыка», нож легко входит в стенку разреза, почва рассыпается на структурные и механические составляющие, во влажном состоянии обладает слабой связанностью.

4). Плотное сложение – лопата или нож с трудом входят в почву на глубину 4-5 см, почва с трудом разламывается руками; в сухом состоянии монолитна, выбивается крупными глыбами, во влажном состоянии – вязкая масса.

5). Очень плотное (слитое) сложение – почти не поддается копанию лопатой (входит в почву не глубже 1 см), нужны лом, кирка. В сухом состоянии монолитна, крупноглыбиста, нож не входит в стенку разреза, во влажном состоянии очень вязкая и упругая.

Сложение почв зависит от ее механического и химического состава и от ее влажности. Это свойство имеет большое практическое значение в сельском хозяйстве и характеризует ее с точки зрения трудности обработки.

В пределах почвенного профиля сложение почвы (т.е. ее плотность и порозность) может сильно изменяться. Верхнему гумусово-аккумулятивному горизонту чаще всего бывает присуще рыхлое сложение и большая меж- и внутриструктурная порозность. Сложение иллювиального горизонта, как правило, более плотное, трещиноватое.

Билет 28

1. геогра́фия почв

область почвоведения, изучающая общие закономерности распределения почв, а также почвенный покров отдельных регионов и планеты в целом (педосферу). География почв изучает почвенный покров на разных иерархических уровнях строения педосферы в целом, начиная от микрозакономерностей формирования почв (микрогеография почв) и кончая макрозакономерностями (макрогеография почв). Как микро-, так и макрозакономерности строения почвенного покрова (СПП) обусловлены тем, что почвенный покров планеты представляет собой непрерывный ряд сменяющих друг друга почв, которые отличаются качественными и количественными параметрами (свойствами).
Почвенное пространство, в котором свойства практически не меняются ни в вертикальном, ни в горизонтальном направлении, называют элементарным почвенным ареалом (ЭПА), представляющим собой миним. однородное тело, выделяемое в педосфере при микрогеографических исследованиях почв (детальном картографировании почв). Примерами ЭПА служат, как правило, разные естественные и антропогенные формы микро– и мезорельефа, а также неоднородность почвообразующих пород и растительности. В рельефе это западины, микроповышения (муравьиные кочки, борозды выпахивания, сурчины, термитники и т. д.), эрозионные ложбины и др. Сменяющие друг друга покровные суглинки, морены, пески, лёссы, глины, коры выветривания, плотные породы и т. д. также обусловливают формирование разнородных ЭПА.
Повторяющееся в пространстве чередование разных по форме и происхождению ЭПА образует в почвенном покрове неоднородность почв, которая носит название микроструктура. Типичным примером антропогенной микроструктуры является любой огород, где искусственно созданные грядки порождают неоднородность почвенного покрова на уровне ЭПА.
Естественные и антропогенные микроструктуры различаются по составу почв. В силу этого всё разнообразие микроструктур и почв педосферы на уровне ЭПА изучить даже на современном уровне космической техники практически невозможно. Реально изучаются более общие закономерности формирования почв в педосфере, которые обусловлены крупными формами и типами рельефа (долины рек, равнины, низменности, возвышенности, конусы выноса и т. д.).
Схема почвенного покрова разных уровней иерархии строится по типу русской матрёшки. Самая маленькая матрёшка – это ЭПА, а самая большая – педосфера, весь почвенный покров планеты. Отличие заключается в том, что педосфера (большая матрёшка) состоит из бесконечного множества разнообразных ЭПА, которые можно сложить (объединить) в более крупные структуры (матрёшки), причём каждую из выделенных структур-матрёшек география почв изучает в разных масштабах, в зависимости от поставленных целей и практических задач.
Общие закономерности строения всей педосферы, обусловленные климатом, изучаются в обзорных, или мелких, масштабах. Они выражаются в виде горизонтальной и вертикальной зональности почв, выявленной основоположником почвоведения В. В. Докучаевым в кон. 19 в.Зональность почв – отражение макро– и мегаструктурных закономерностей распределения почв в педосфере. Напр., с С. на Ю. примитивные почвы Арктики сменяются почвами тундр и лесотундр (глеезёмы), хвойно-широколиственных лесов (подбуры, подзолы, дерново-подзолистые, бурозёмы и др.), степей (чернозёмы и каштановые), полупустынь и пустынь (серо-бурые, серозёмы и красновато-бурые аридные), влажных субтропиков (краснозёмы и желтозёмы), гумидных тропиков и экваториальных лесов (красные и жёлтые ферсиаллитные и ферраллитные почвы) и т. д.
Почвенный покров изображают на почвенных картах в разных масштабах. Каждый из масштабов (детальный, крупный, средний, мелкий или обзорный) позволяет отразить одну из закономерностей строения почвенного покрова, т. е. один из уровней иерархии СПП. Самые детальные почвенные карты, на которых представлены только ЭПА, отражают реальное строение почвенного покрова. Во всех остальных случаях на почвенных картах изображён генерализованный в разной степени почвенный покров.
На базе карт почв составляют тематические карты, отражающие отдельные особенности почв планеты: засоление, эродированность, распаханность, обеспеченность питательными элементами, загрязнённость, плодородие, характер использования под различные с.-х. культуры и т. д.
География почв отвечает за количественный и качественный учёт почвенных ресурсов мира, исследует глобальные проблемы деградации почвенного покрова и его экологическую значимость для человека на современном этапе активного антропогенного и техногенного преобразования почвенного покрова.

2. Максимальный и минимальный сток Определение величин максимальных расходов требуется для расчета основных размеров подпорных и водосбросных сооружений, являющихся наиболее дорогим элементом в комплексе гидротехнического узла. Пропуск максимальных расходов иногда связан с разрушением гидротехнических сооружений, если расчетная величина такого расхода определена неправильно. С другой стороны, недостаточно обоснованное преувеличение расчетного максимума излишне удорожает стоимость сооружений. Под максимальными расходами воды рек и водотоков понимаются наибольшие в году значения мгновенных или срочных расходов, наблюдаемые во время весеннего половодья или дождевых паводков. По генетическому признаку максимальные расходы воды подразделяются на три группы:
а) снеговые или талых вод;
б) ливневые или дождевые;
в) смешанные, образующиеся от совместного действия снеготаяния и дождей.

При расчетах максимальных расходов воды с применением методов математической статистики максимумы различного происхождения следует рассматривать раздельно. Расчет максимальных расходов воды при наличии гидрометрических наблюдений выполняется путем статистической обработки многолетних данных. Содержание этой обработки сводится к установлению основных параметров кривых распределения вероятностей (среднего максимального расхода воды, коэффициентов вариации и асимметрии) и определения по ним вероятных максимальных расходов необходимой обеспеченности.
Постоянные гидротехнические сооружения, разрушение которых из-за недостаточности пропускной способности водопропускных отверстий угрожает наводнением, рассчитываются на пропуск расходов редкой повторяемости с добавлением к ним гарантийной поправки. Эта поправка позволяет учесть возможное преуменьшение расчетных величин максимумов, если рассматриваемый период наблюдений не отражает характера колебания стока.

Минимальные расходы воды необходимо определять для обеспечения бесперебойного водоснабжения, орошения и обводнения, для целей судоходства и энергетического использования рек. Расчетные значения минимального стока при различной степени изученности бассейна рассчитывают в соответствии с СН 435—72. Для определения минимальных расходов воды рек используют данные наблюдений по стоку за. зимний и летне-осенний сезоны. За зимний сезон принимается период от начала появления ледовых явлений на реках до начала весеннего половодья; за летне-осенний период от конца весеннего половодья до начала ледовых явлений на реках рассматриваемой территории.

Для определения расчетного минимального расхода при наличии наблюдений используют минимальные средние месячные расходы воды, наблюдавшиеся в меженный период зимнего или летне-осеннего сезонов. Если меженный период является коротким (меньшим двух месяцев) или прерывистым (разделяется паводками), вместо среднего месячного расхода воды используется средний расход воды за 30 сут с наименьшим стоком (не календарный месяц). При отсутствии или недостаточности данных наблюдений расчетные минимальные расходы определяют в основном двумя способами: по картам изолиний минимального стока и эмпирическим зависимостям. В СН 435—72 приведены карты изолиний минимального 30-дневного стока 80%-ной обеспеченности. Значения его определяют путем умножения минимального 30-дневного расхода воды 80%-ной обеспеченности на величину переходных коэффициентов. Точность определения минимального стока по картам изолиний в среднем 10...20% в увлажненных и недостаточного увлажнения районах.

Барометрическая формула.

Атмосферное давление на какой-либо высоте h обусловлено весом слоёв газа, лежащих выше. Пусть P – давление на высоте h, а – на высоте (рис. 2.9).

Рис. 2.9

Причём, dh >0, а dР < 0, так как на большей высоте давление меньше. Разность давления равна весу газа, заключённого в объёме цилиндра с площадью основания равного единице и высотой dh.

Т.к. где - плотность газа на высоте h, медленно убывающая с высотой, то можно записать:

.

Отсюда можно получить барометрическую формулу:

(2.4.1)

где P0 – давление на высоте h = 0.

Из формулы (2.4.1) следует, что P убывает с высотой тем быстрее, чем тяжелее газ (чем больше μ) и чем ниже температура (например, на больших высотах концентрация легких газов Не и Н2 гораздо больше, чем у поверхности Земли).

На рисунке 2.10 изображены две кривые, которые можно трактовать, либо как соответствующие разным μ (при одинаковой Т), либо как отвечающие разным Т, при одинаковых μ.

Таким образом, чем тяжелее газ (больше μ) и чем ниже температура, тем быстрее убывает давление.

 

 

⇐ Предыдущая1234

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: