水转移和冰冻融土壤的形成

基本上有两种不同的方式,土壤冻结:和没有水迁移。土壤冻结没有水的迁移发生在低含水量的土壤或冻结的足够快速推进边界。例如,当一个土壤样本通过快速冷冻的温度- 60°C - 70°C,原位水结冰,因为温度场是一个10倍比含水量更加活跃领域。通常冻结在自然界中收益慢慢足够的水迁移。然后冻结土壤的冻结部分显示一个特定的模式,所述,水分迁移和冰的形成带来的温度梯度。

土壤冻结或解冻导致大幅扰动完全成形,热力学平衡系统和被视为一个动态的共存的冻结,冻结和解冻区,和一个可移动的发展边界划分阶段,即前冻结(融化)。请注意,这是冷冻(不解冻)的一部分冻融土壤的原因和决定了水分迁移。这在于冻结温度的梯度的存在和发展在冷冻区结果不可避免地和自然发展的相当大的水分热力学势的梯度和梯度的部分水蒸气的压力(研究生/ .t0)和研究生P),因此,水和蒸汽解冻的梯度(研究生Wunf和研究生dsU)的内容。水分迁移的驱动力在冷冻或解冻冷冻的部分土壤引起液体和蒸气的推进方向的高水分潜力(或含水率)对低,即高的低冰点温度的区域。

水分不足,从而产生高温冷冻区一个示例的一部分,将由迁移的补充解冻冷冻或解冻土壤的一部分。这证明了更有利可图的积极,因为这里的水没有束缚,更多的移动比冻结的部分。这反过来会导致形成的热力学势的梯度水分和解冻含水量的土壤的一部分,梯度反过来提供必要的冻结部分(冻结部分)的液体和蒸汽。解冻的部分土壤是这样一种'reservoir”或水分来源冻结的部分。解冻温度梯度的部分不会导致水分迁移动力。的解释是,thermodiffusiion解冻土壤中水分转移只有变得明显,指出在测试温度梯度大于2°C cm 1到4°C cm”在自然条件的毕业生t解冻冷冻区(融化)土壤是小一个数量级。

冻结(融化)边界,即解冻的过渡部分的土壤冻结部分(根据n.a Puzakov),水流Im的连续性原则,因此,结合水电影要遵守。实验验证,显示了连续分布的性质随深度的主要水分传输参数,例如/ .ijx), KJx) (0 (x), W (x)和IJx)。温度的值l *和含水量的合资企业(在冻融界面函数相结合的过程,可以确定方程同时传热传湿土壤冻结和解冻的部分。在一般情况下,减少土壤的冻结速度u值t *上升由于热惰性相反,当速度增加,价值下降(图2.11)。土壤含水量,W{冻结前的行为相反的时尚。

实验证明的起源和发展冰层发生不是冻结的边界(或解冻)但在已经冻结土壤的一部分,将预定的热物和土壤系统的物理条件。图2.11显示,最密集的在冻结成冰作用的部分是指出的部分最曲折的曲线¡。im =修复)和Wuni =修复),因为这是一个急剧变化的驱动力,因此水分流动强度曲线的水分分布随深度展示这一切显然足够(见图2.11 b);视觉观察土壤冻结的各种成分和结构提供样品确认。图2.12显示了一个隔离的冰层开始增长,增加的大小在高岭石粘土的冻结。三个不同的土壤部分引人注目:我,冰冻切片与早期形成的纹影低温结构中几乎没有隔离发生在冰的形成

图2.11。改变样品的深度和时间冻结高岭石粘土:冻结前£fr -,离析冰形成的£si和温度在这些边界(我£fr£si);b -解冻的总含水率Wlol和含水量有限体积法(两次,由^和表示形成的冰纹影(分别L1和L2)曲线的水分迁移(VM, AIVi和iVun 2 - AIV2解冻区。

图2.11。改变样品的深度和时间冻结高岭石粘土:冻结前£fr -,离析冰形成的£si和温度在这些边界(我£fr£si);b -解冻的总含水率Wlol和含水量有限体积法(,在两次^和冰纹影的形成(分别L1和L2)曲线的水分迁移(VM, AIVi和iVun 2 - AIV2解冻区。

现在,二世,密集的冻结部分相变与大规模或micro-schlieren结构冰纹影发生的起始与发展;三世,失去水分的土壤解冻。第二部分/和浅色,而III是黑暗。这是由于土壤状态,即它是冻结在/ II, III解冻。冰在第二节的存在不仅验证温度读数和电影和照片,还用荧光素通过微观调查和特殊实验。

蒙脱石粘土、粉质粘土和粘土,淤泥——富砂产生类似的结果。他们唯一的分歧在于在冻结成冰作用强度区,的类型低温结构形成和在一些定量冻结指数。在所有情况下这是观察到与减少的速率冷冻和冷冻前随后静止不动的,积极的厚度冻结区(强化相变区)减少,可见的边界隔离冻结成冰作用方法前,然后合并(图2.11)。

冷冻的温度分布的线性模式的一部分

图2.12。起源和发展的条纹离析冰(条纹)冻结粘土、高岭土(a)和蒙脱石(b),在不同时期(t);I, II, III ~冻结,冻结和解冻部分,分别。

不饱和冻结土壤(G < 1),水分流的强度,水分迁移到更低的温度,减少,导致冻结多余的液体和蒸气的热力学平衡的方法。自由成冰作用的强度(与G < 1)在深度冷冻的一部分单方面冻结土壤j = AIJAx会有所不同,取决于j曲线的形式和冻结速度o。冰形成我的任何截面冻结在时间间隔区Axwill乔从人工智能计算,即

水转移和冰冻结土壤的形成既取决于土壤成分和结构和冷冻的条件。冻结土壤的组成是一个基本因素负责不同的水分转移和冰形成的存款。因此几乎没有液体水分迁移gravel-pebble和桑迪存款水转移发生主要是由于蒸汽。当存款完全饱和(G = 1)冻结通常产生体积增加由于水量增加9%在其转换成冰,并且经常产生所谓的“活塞效应”,即把多余的水向下。隔离成冰作用是指出只有矿物粒子在1毫米大小,当吸附膜水分传输机制开始。冰的形成是与湿迁移系数的值直接相关和热力学势梯度冷冻区。水分传输系数(K£和冻土的大幅减少的范围0 - 1°C,和高岭石粘土蒙脱石和冻砂,而水分冻结区域的电位梯度增加随着细度的增加,高岭石和蒙脱石粘土。水分迁移从而增加与土壤和细度的增加更大数量的高岭石矿物。增加水分迁移的结果高泥沙含量,和优化组合的水电导率特性和水分传递驱动力。阳离子的吸收能力也增加从高岭石、蒙脱石。 The cation-exchange influence on moisture migration depends on cation valency; thus moisture migration, ice segregation and起伏增加土壤的饱和与多价阳离子和单价的降低。

实际的重大意义是水分传输的问题冰的积累在土壤冻结不同热力学条件下。在土壤冻结在“开放”系统条件下的总迁移jAx = P i = ^博士dx

水分是由于水交替组成的内部组成部分土壤中水分的再分配本身和外部的一部分从外部含水水迁移层。开始时冻结外部土壤中迁移流缺席,但似乎在含水的层。害怕边界;fr临近水轴承层,外部移民的比例相对于内部的水流大大增加。土壤冻结“封闭”系统条件下的结果只在内部水分再分配之间的冷冻和解冻部分土壤。因此水分迁移的强度取决于在解冻的水储存的部分。冰冻结土壤中积累取决于他们冻结政权并增加较高的毕业生t在冷冻区。然而研究生t的增加在冷冻区导致更高的冻结速度,一方面,生产增加毕业生¡。im的强度,因此迁移水流d对冷冻方面,另一方面,减少冰形成的水的缩短迁移周期t。因此冻结土壤具有最佳关系的参数t o和研究生,下最大的成冰作用将观察到的。冻结速度超过8-10cm日”1,冰的形成是几乎察觉不到的或完全缺失,由于冻结前的进步如此之快,即使高值t和毕业研究生点,成冰作用在冷冻区并不重要。

同样重要的是在实践中水分转移的依赖和冰冻结土壤中积累外部负载。冻结土壤样本在“开放”系统条件下,压力和解冻之前合并状态,表明外部压力更高的密度水分进入冻结的部分是降低(图2.13)。根据土壤分散(大量的细粒度材料)出现外部负载Pcr的关键或有限值下水分迁移到冻区和冰积累几乎停止。为粘质土壤silt-rich Pcr可能0.5 MPa和高岭石粘土1.5 MPa。因此水分迁移的冷冻区epigenetically冻结粘土土壤不会重要,深度约100多万的正常负载在冻结前结束1 MPa。

水分迁移和隔离成冰作用发生在冷冻温度梯度下冻结和解冻的土壤的一部分。冻土的融化是同时指出冰融化(冻土的一部分传递到解冻状态)和冰形成的冷冻解冻前附近的一个示例的一部分。土壤水分迁移到冷冻解冻的一部分出现只有在温度梯度。解冻的一部分

图2.13。环境压力P对水分迁移的影响/,„冻结土壤的冻结部分(研究生t = 0.2 - 0.4 'ccm这里=“1天0.1 - -0.4厘米)。1 -高岭石粘土;2 -壤土;3 -蒙脱石粘土;4 -粉沙和粘土。

样品的总含水量不饱,巩固和增加土壤的冻结部分。当冻土解冻迅速相变的边界并不总是在0°C。这里的温度通常是高于零,但是小冰层(条纹)存在一段时间的土壤中矿物层的温度已经高于零。这一切都是由于惯性冰包体的相变。冰融化有时渗水层冰变成部分封闭腔。

慢慢解冻土壤的冻结一部分最初大规模结构(在冷冻状态,实验前)可以增加其冰内容和新冰层下形成的温度范围0

- 2°C。解冻前进步,冰微层,形成在较低的温度下,发现自己在该地区的高负温度。他们生长厚很多,从毫米(在分数

- 2°C) 2厘米,附近的解冻。冰的生长层,位于较低的部分样本-温度,出现以牺牲其他冰层温度较高。解冻前附近的冰厚层生长最集中在美联储与水从土壤解冻的迁移。冻土的融化与原始五花(小冰层)低温结构结果主要增加的冰层厚度层出现在样品的冷冻区。土壤中缓慢融化的结果,作为一个规则,“崩溃”的网站融化了冰层没有封闭裂缝的形成。

冻土的影响成分和解冻条件对水转移和冰没有积累,到目前为止,研究充分。

然而根据目前证据可能会说,他们的影响类似于冻结。所以水分迁移和冰的强度形成在冷冻区增加而增加土壤粘土分散性和mont-morillonite高岭石。更紧凑的冷冻区,减少湿土壤通常有小冰积累。减少冷冻样本的一部分的毕业生t导致冰在融化前积累的减少。

让我们考虑最后一个有行为能力的水迁移机制形成的冻结,冻结土壤和注入和injection-segregation冰层,眼镜和床单。

根据实验的形成一层厚冰只能发生在这种情况下,入侵的水的静水压力值销的瞬时断裂强度高于冻土o™p和正常Pn(环境)的压力。有必要形成一层注入冰针> < 7 ^ sp + Pn。与冷冻实验ice-saturated粉沙(一些粘土)和一个记录值的瞬时强度ajup«0.35 - 0.4 MPa的温度- 1°C,没有水的注入(使用金属针)0.1 - -0.3 MPa的压力可以追踪。只有在水压力为0.4 MPa hydrorupture样本发生20分钟。实验结束后开始。水开始进入破裂区和冻结形成一个紧凑的注入了冰层。向上的上部样本流离失所的侵入的水量和其在从水冰的扩张。

在冻土无法扩大(变形)横向或纵向,即由于hydrorupture起伏和注射是不可能的,当条件销<“™+ Pn,适用于水的压力下冻土渗漏,充满ice-unsaturated蛀牙和冻结。水流在冻结的冰的必要条件饱和土壤来克服最初的梯度解冻渗水将由极限剪切强度< 7 sh松散结合水。

当hydrorupture条件的发展注入了冰层并不满足在冷冻ice-saturated实验样本,如果持续足够长的时间(数天或数周)有一个小的水注入土壤,增加一些冰内容和冰的形成微层的样品,作为一个整体,维持小起伏(图2.14)。这是所有可能当入侵水的静水压力超过长期断裂强度< 7 '™冻土+正常负载的价值:销> < 7 '™+ Pn。因此实验在冷冻ice-saturated粘土和粘土质粉砂(t党卫军1°C和Pn = 0)显示新形成的冰微层由于水的冰点注入的样品

我二世

我二世

图2.14。低温结构粘土质silt-sand(我)和高岭石粘土(II)实验前注水后(a)和(b)为冷冻样品:1 -冰;2 -矿物矩阵。

在0.2 MPa的压力。测试的持续时间是3 - 7天。这些土的长期强度是0.1 - -0.18 MPa。总水分的增加的区域注入五花(好镜头)冰的形成是1020%。注入的水量增加,但当冰内容增长和水传播的系数相应下降,下降到0。任何后续步骤的水的静水压力上升导致循环seepage-injected冰的形成必须最终带来样品的水力压裂。

以上同样适用于冻结土壤的压力驱动的水流入的解冻部分样本(低于冻结前)。冰注入层的形成和增长很可能在冻结前如果超过销断裂强度unfrozen-frozen土壤的土壤的接口。否则在冻结成冰作用土壤发生的一部分,由于迁移和喷射流的总和。销就会越大越高喷射流的部分冻结的冰形成的部分。

继续阅读:在冻融土壤的化学反应和过程

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