В раздел «Теплофизика» 

К вопросу о…

Ледяных надолбах и структуре подзолистого горизонта

Уникальное свойство почвенной влаги не замерзать при температурах ниже 0 (вплоть до очень низких - примерно до –70 °С!), а находиться в жидком состоянии, приводит к ряду очень интересных явлений. Проведем эксперимент с колонкой глинистой почвы, низ которой находится при положительной температуре и помещен в сосуд с водой. А верхняя часть будет находиться при отрицательной температуре. Тогда в верхней части колонки вода будет находится в виде льда. Казалось бы неподвижного. Но за счет того, что существует перепад температур, являющийся причиной движения влаги от теплого к холодному концу, а также за счет того, что большая часть влаги в глинистой почве незамерзшая, к холодному концу устремится поток влаги жидкой влаги. И замерзнет в виде надолба или ледяного столбика на верху колонки. Этот столбик будет постепенно увеличиваться в размерах. Насос, который приводит в движение воду, имеет природу термоградиента, направляющего воду от теплого конца к холодному. А вот реализация этих сил возможна лишь за счет того, что почва хорошо проводит поток жидкой влаги. Причем силы, развиваемые этим насосом, могут быть весьма значительны, до нескольких десятков атмосфер. Вполне понятно, что в природе эти силы способны раздвигать почву, разрушать дороги, приводить к различного рода пучениям. Это очень важная интересная область криогенных явлений.

Почвоведы же наиболее часто встречаются со следствиями этих явлений, проявляющихся в виде криогенно-подобной структуры в подзолистом горизонте почв. Почвоведы всегда отмечают особенность структуры этого горизонта: его чешуйчатость, слоистость, тонкую горизонтальную трещиноватость. Возможной причиной такой трещиноватости могут быть криогенные явления, аналогичные тем, которые возникали в вышеописанном колоночном опыте. Из водонасыщенной нижней части профиля подзолистой почвы в зимний период вода в жидком состоянии будет подниматься вверх по профилю и замерзать на определенной глубине, образуя характерные плоские линзы. Так формируется та самая листоватая, чешуйчатая структуру. Безусловно, форма, расположение этих ледяных линзочек будет определяться свойствами почвы, ее прочностью на разрыв. Но их горизонтальное расположение будет причиной слоистостого строения подзолистого горизонта, так часто описываемого почвоведами.

  Отметим, что впервые криогенную гипотезу образования уникальной слоистой структуры подзолистого горизонта высказал Н.А.Качинский. Правда, несколько в ином виде. А потому приводим ссылку на первоисточник (Качинский Н.А. «Замерзание, размерзание и влажность почвы в зимний сезон в лесу и на полевых участках». Тр.НИИ почвоведения МГУ. М., 1927). Главное же, что это было первым (но, полагаю, единственным) физически точным ответом на вопрос «Почему образовалась почвенная структура именно такой, а не иной формы?»