Download presentation
Presentation is loading. Please wait.
Published bySuryadi Hardja Modified over 6 years ago
1
564 عتر فيزياء بيئة التربة مواعيد المحاضرات مواعيد العملي
لقاء أسبوعي مدته 100 دقيقة متطلبات المقرر الاختبار النصفي 20 درجة العملي 30 درجه الواجبات والحضور والمشاركة الفاعلة 10 درجات الاختبار النهائي 40 درجه 564 عتر فيزياء بيئة التربة
2
المراجع الدربي (التركي)، علي محمد. 1995م. ترجمة أساسيات فيزياء التربة، تأليف دانيل هليل ، النشر العلمي، جامعة الملك سعود. Hillel, Denial Environmental Soil Physics, Academic Press. Jury, William A.; Wilford R. Gardner; and Walter H. Gardner Soil physics (fifth Edition). John Wiley & Sons, Inc. Scott, H. Don Soil Physics Agricultural and Environmental Applications. Iowa State University Press. Warrick, A. W. (edit.) Soil Physics Companion. CRC Press. Ghildyal, B. P. and R. P. Tripathi Soil Physics. John Wiley & Sons, Inc. 564 عتر فيزياء بيئة التربة
3
الخواص الفيزيائية للتربة
في هذا المقرر سنحاول فهم الخواص الفيزيائية لحبيبات التربة الصلبة فقط بعلاقتها وتأثيرها على نقل وحفظ الماء، والحرارة أو المواد الكيمائية. ولهذا فإننا سنركز على التوزيع الحجمي لحبيبات التربة، وعلى مميزات بناء التربة، وعلى الأمثل كمياً على الخواص الكهروستاتية لأسطح المعادن في التربة. الجدول رقم (1). يعطي التصنيف القوامي للتربة المصرفية على أساس حجم الحبيبات على الأنظمة المختلفة سواء الزراعية أو الهندسية المختلفة. 564 عتر فيزياء بيئة التربة
4
USDA = وزارة الزراعة الأمريكية.
ISSS = الجمعية العالمية لعلم التربة (تعدل مسماها إلى الاتحاد العالمي لغلم التربةIUSS ). USPRA= الإدارة الأمريكية للطرق العامة. DIN = المقاييس الألمانية. MIT = معهد ماستوشيوسز للتقنية. BSJ = المعهد البريطاني للمقاييس. 564 عتر فيزياء بيئة التربة
5
يقسم قوام التربة لـ 12 قواماً كما هي موضحة في مثلث القوام المرفق.
ويلاحظ من الجدول أن جميع الأنظمة تتفق على اعتبار أن أقل من 2 مم يعد تربة وما بعدها فهو حصى وليس من التربة. ويلاحظ أيضاً اختلاف بين المقاييس الزراعية (ISSS, USDA) والمقاييس الهندسية الأخرى. كما نلاحظ أن معظم المقاييس تتفق على أن الطين هو أقل من مم، فيما عدا مقياس الإدارة الأمريكية للطرق العامة. يقسم قوام التربة لـ 12 قواماً كما هي موضحة في مثلث القوام المرفق. وعموماً يمكن أن يقسم القوام إلى ثلاثة مجاميع هي القوام الخشن (الخفيفة) وهي عبارة عن التربة الرملية والرملية الطميية والطميية الرملية. وقوام متوسط وهي عبارة عن التربة الطميية والطميية السلتيه والسلنية. والقوام الناعم (الثقيلة) وهي القوامات الست المتبقية حيث يدخل مسمى الطين فيها. 564 عتر فيزياء بيئة التربة
6
عموماً يقاس قوام التربة بالنخل الخشن لتحديد الأحجام الكبيرة (أكبر من السلت)، ويتبع بالتحليل الميكانيكي بواسطة طريقة الهيدرومتر أو الماصة للحبيبات الناعمة. حبيبات الرمل والسلت هي في معظمها عبارة عن كوارتر quartz وفلدسبار feldspars وميكا mica. وهي من وجه النظر الكيمائية خاملة ولها معدل تحلل منخفض. وتأثيرها على نقل الماء والمواد الكيمائية يكون من وجهة توزيع المسامات الناتج عن وضعها وترتيبها الهندسي. الطين يكون نتيجة للتجويه ويتركب من صفائح من أسطح الأكسجين أو الهيدروكسل ويقسم إلى مجموعات Kaolin، Smectite أو Iilite والطين له نشاط كيمائي كبير وذلك نتيجة للأسطح المعدنية المشحونة والتي تعزى ليس فقط للتبادل الكاتيوني، ولكن أيضاً للسلوك الانتفاخي. والعدد الكبير من المسامات الدقيقة الناتجة عن حبيبات الطين تحد وتؤثر على نقل الماء نتيجة لإحداث مقاومة للسريان. كثير من خواص التربة التي لها علاقة بنقل الماء لها أيضاً علاقة بقوام التربة وبالذات المحتوى الطيني للتربة. ومن هذه الخواص التحبب Aggregation الانتفاخ Swelliag ، السعة المائية للتربة، نفاذية الماء في التربة. جميع معادن الطين لها خواص حرارية متشابهة (التوصيل الحراري Thermal Condition السعة الحرارية Heat capacity ، الانتشار الحرارية Thermal diffusivity ). وستتعامل مع هذه لاحقاً. نقل الأملاح والاحتفاظ بها تتأثر بشدة بمحتوى الطين ونوعه وذلك بسبب الأسطح المعدنية المشحونة. فيما عدا التربة القابلة للانتفاخ، فإن الجسم المسامي للتربة يلعب كناقل للماء والحرارة. ولهذا سنحاول وصفها من خلال خواص التربة الاستاتيكية. 564 عتر فيزياء بيئة التربة
7
التوزيع الحجمي للحبيبات Particle Size Distribution
أي فصل Separation للحبيبات المختلفة الأقطار ومعرفة نسبة كل منها. ويتم ذلك عادة بواسطة الترسيب Sedimentation . قوة الاحتكاك Friction Force gravity force قوة الجاذبية قوة الطفو buoyancy force من قانون ارخميدس Archimed's Principle وعند المعادلة تتعادل الثلاثة قوى: 564 عتر فيزياء بيئة التربة
8
ويمكن تبسيط المعادله إلى التالي:
وبالإحلال نحصل على: Stokc's Law أي: حيث أن: = اللزوجة viscosity ويمكن تبسيط المعادله إلى التالي: = عجلة الجاذبية الأرضية. = كثافة الحبيبات. = كثافة السائل (الماء). = نصف القطر. مسافة السقوط. زمن السقوط و حيث أن 564 عتر فيزياء بيئة التربة
9
افتراضيات قانون استوكس:
الحبيبة الساقطة متماسكة وناعمة Solid, rigid, and smooth الحبيبة كروية (نستخدم مايسمي قطر الحبيبة المكافئ (الفعال) effective particle diameter وهو عبارة عن قطر كرة لها نفس حجم الحبيبة أو بمعنى آخر استبدال شكل الحبية بشكل كروي له نفس سرعة سقوط الحبيبة في نفس وسط الانتشار). الحبيبة الساقطة يجب أن تكون أكبر من جزيئات السائل الساقطة فيه حتى لا تؤثر على الحركة البراونية Brownian movement على عملية السقوط. لا يوجد انزلاق من الحبيبات والسائل no slipping . لا يوجد تفاعلات واحتكاك بين الحبيبات وعادة يستعمل تركيز 2,5%. 564 عتر فيزياء بيئة التربة
10
ويتم الفصل بطريقتين هي:
1- طريقة الهيدروميتر Hydrometer method بحسب طريقة Day = معامل الترسيب Sedimentation parameter حيث أن = قطر الحبيبة المكافئ بالميكرون. = الزمن بالدقائق. المعادلة السابقة مشتقة من معادلة استوكس المعروفة على النحو التالي: إذا علمنا أن الدقيقة عبارة عن 60 ثانية وكذلك أن 564 عتر فيزياء بيئة التربة
11
وبجعل ميكرون فإن: : وبالحل لـ
لازالت بالسنتيمتر ولتحويلها إلى الميكرون: بالدقائق و لاحظ أن وبجعل ميكرون فإن: 564 عتر فيزياء بيئة التربة
12
2 – طريقة الماصة Pipettc method
وتتم بحساب الزمن اللازم لعبور نوعية معينة من الحبيبات مسافة معينة وذلك للحصول على منحنى توزيع الحبيبات بواسطة أخذ عينة من المعلق بالماصة عند أزمنة مختلفة ولكن عند عمق ثابت. 3- طريقة الترسيب بواسطة الطرد المركزي Centrifugation وهذه الطريقة تستخدم لأغراض فصل نوعية معينة من الطين لأغراض الدراسات المعدنية وذلك بوضع الأنبوبة المحتوية على المعلق في وضع رأسي في جهاز الطر المركزي، ولكن عند حركة الجهاز الدائرية تصبح الأنبوبة في وضع أفقي. وهنا يطبق قانون استوكس أخذاً في الاعتبار الحركة المركزية: = السرعة الزاوية angular velocity 564 عتر فيزياء بيئة التربة
13
حيث أن t = زمن الترسيب مع الزمن في الاعتبار نحصل على التالي:
مع الزمن في الاعتبار نحصل على التالي: وبأخذ التغير في حيث أن t = زمن الترسيب عدد مرات الدوران الثالث 564 عتر فيزياء بيئة التربة
14
علاقات الحجم والكتلة: الشكل التوضيحي التالي يوضح علاقات الكتلة (m) والحجم (V) لتربة مثالية ومنها يمكن استخلاص العلاقات المتعددة المستخدمة للحسابات المختلفة، وهي تمثل الجزء الصلب (s) والفراغات المملؤة بالماء (w) والهواء (a). 564 عتر فيزياء بيئة التربة
15
1-كثافة حبيبات التربة الصلبة (الكثافة الحقيقية). Particle Density
تتراوح بين 2.6 – 2.7جم/سم3 بمتوسط 2.65جم/سم3 Dry Bulk Density 2-الكثافة الظاهرية الجافة تختلف الكثافة الظاهرية بحسب القوام والحالة الفيزيائية للتربة. تتراوح للترب المعدنية ما بين1.1 جم/سم3 إلى 1.6 جم/سم3 أو أكثر من ذلك. لا تعتمد على درجة الابتلال (الرطوبة)، وهي مؤشر لدرجة تفكك أو انضغاط التربة. 564 عتر فيزياء بيئة التربة
16
3 – الكثافة الظاهرية الكلية (الرطبة)
Wet Bulk Density 3 – الكثافة الظاهرية الكلية (الرطبة) تعبير عن الكتلة الكلية لتربة رطبة لكل وحدة حجم. وتعتمد بدرجة كبيرة على درجة الابتلال (الرطوبة). Dry Specific Volume 4- الحجم النوعي الجاف وهو عبارة عن مقلوب الكثافة الظاهرية، ويصلح كمؤشر آخر لدرجة تفكك وانضغاط التربة. 564 عتر فيزياء بيئة التربة
17
، ولذلك فهي أكثر ثباتية من
Porosity 5- المسامية تتراوح قيمة المسامية بين 0.3 – 0.65 (30% - 65%). فالتربة الخشنة لها مسامية أقل من تلك للتربة الناعمة. Void Ratio 6- نسبة الفراغ مؤشر للنسبة الحجمية لفراغات التربة لكنها تنسب ذلك الحجم إلى حجم المواد الصلبة بدلاً من الحجم الكلي كما هو الحال في المسامية الكلية ، ولذلك فهي أكثر ثباتية من لان المسامية متغيرة في البسط والمقام بينما نسبة الفراغ متغيرة فقط في البسط. 564 عتر فيزياء بيئة التربة
18
7 – الرطوبة الكتلية (الرطوبة الوزنية)
Gravimetric water content 7 – الرطوبة الكتلية (الرطوبة الوزنية) Volumetric water content 8 – الرطوبة الحجمية Water volume ratio 9-نسبة حجم الماء يستخدم هذا المؤشر بالذات مع التربة المنتفخة والتي فيها تتغير المسامية تبعاً لحالتها الانتفاخية حيث يفضل ربط حجم الماء الموجود بحجم الحبيبات بدلاً من الحجم الكلي. 564 عتر فيزياء بيئة التربة
19
11-المسامية الهوائية (المحتوى الهوائي النسبي)
10- درجة التشبع ويعبر هذا المؤشر عن حجم الماء الموجود في التربة منسوباً إلى حجم المسام ويتراوح من الصفر في التربة الجافة إلى الوحدة (أو 100%) في التربة المشبعة تماماً. 11-المسامية الهوائية (المحتوى الهوائي النسبي) وهو مقياس لمحتوى الهواء النسبي للتربة فهو معيار مهم لتهوية التربة. 564 عتر فيزياء بيئة التربة
20
12-العلاقات الإضافية بين المؤشرات السابقة:
(4) العلاقة بين الرطوبة الكتلية والرطوبة الحجمية (1) العلاقة بين المسامية ونسبة الفراغ = كثافة الماء = 1جم/سم3 (2) العلاقة بين الرطوبة الحجمية ودرجة التشبع والمحتوى الهوائي النسبي (5) العلاقة بين الرطوبة الحجمية ودرجة التشبع (3) العلاقة بين المسامية والكثافة الظاهرية. 564 عتر فيزياء بيئة التربة
21
خواص التربة الاستاتيكية Static Soil Properties
السطح النوعي: تحتوي التربة على مدى واسع في حجم الحبيبات الصلة فبعضعها قد يصل إلى 10-3 ميكرون والبعض الآخر قد يصل إلى 2مم ولذلك نتوقع عديد من الصفات المختلفة نتيجة للسطوح المختلفة المصاحبة للحبيبات. فمثلاً: إذا أخذت مكعباً واحداً من التربة وحدته 1سم. فإن حجمه = 1سم3 ومجموع اسطحه = (11سم2) 6 أوجه=6سم2 لو قطعت هذا المكعب إلى المكعبات صغيرة وحداتها 1 مم أي 1/10 سم أي تقريباً في حجم الرمل الخشن. فإن: حجم المكعب الجديد = 1/1000 = 10-3 سم3 ومجموع سطح أحدها (1/10× 1/10)×6 = 6/100 سم2 وعدد المكعبات = مكعب ومجموع اسطحها = 1000 مكعب × 6/100 = 60سم2 564 عتر فيزياء بيئة التربة
22
سطح المكعب = (10-4 10-4) 6 = 6 10-8 سم2
ولو قطعت المكعب إلى مكعبات أصغر وحداتها الطولية 1 ميكرون µ (تقريباً في حجم الطين الناعم). 1 مكيرون = 10-3مم =10-4سم حجم المكعب=1 10-12سم3 سطح المكعب = (10-4 10-4) 6 = 6 10-8 سم2 مجموع مساحة الأسطح = 1210مكعب 6 = 60,000سم2 * هذه السطوح الكلية المحسوبة يمكن اعتبارها السطح النوعي حيث أنها محسوبة على أساس مجموع الأسطح لوحدة الحجم. 564 عتر فيزياء بيئة التربة
23
مثال (1): احسب السطح النوعي لوحدة الكتلة لحبيبة كروية لها كثافة
ونصف قطر مثال (1): احسب السطح النوعي لوحدة الكتلة لحبيبة كروية لها كثافة الحل: نستطيع التعبير عن سطح الكرة على أساس نصف قطرها. للكره يمكن التعبير عنها كالتالي: وبالمثل الكتلة حيث أن V هو حجم الكرة. وبالتالي فإن السطح النوعي وحيث أن وهذا التعبير مناسب لتقدير السطح النوعي لحبيبات الرمل والسلت لاحظ أن العلاقة عكسية مع نصف القطر وهذا صحيح حتى مع الأشكال الأخرى. 564 عتر فيزياء بيئة التربة
24
مثال (2): احسب السطح النوعي لصفيحة قرصية دائرية لها كثافة
وسماكة ونصف قطر مثال (2): احسب السطح النوعي لصفيحة قرصية دائرية لها كثافة افترض أن الحل: مجموع السطح النوعي للقرص هو مجموع سطح الصحن الدائري وسطح الحرف وبالتالي: والحجم. فهي ناتج الكثافة وكتلة الصفيحة وبالتالي: السطح النوعي للصفيحة القرصية الدائرية حيث أن ولذلك فإن السطح النوعي لصفحة قرصية دائرية رقيقة له علاقة عكسية مع سماكة الصفيحة. ويمكن أن تستخدم في تقدير السطح النوعي لحبيبات التربة للقوامات المختلفة. 564 عتر فيزياء بيئة التربة
25
0.002مم بسماكة = 10- 6سم وللتبسيط افترض أن جمع المعادن لها
مثال (3): احسب السطح النوعي بالسنتيمترات المربعة لكل جم للتربة التالية: قطر 2مم حصى. 0.05مم رمل 0.02مم سلت 0.002مم بسماكة = 10- 6سم وللتبسيط افترض أن جمع المعادن لها = 2.65جم/سم3 الحل: الجدول التالي يلخص الحسابات للسطح النوعي وفيه: الجدل رقم (1). الحبيبة الحصى القطر المكافئ (سم) الكتلة (جم) مساحة السطح (سم2) السطح النوعي (سم2/جم) حصى Gravel 2 10-1 12 10-2 11.1 رمل Sand 2 10-3 1.77 10-7 7.85 10-5 444.4 ست Silt 2 10-4 1.13 10-11 1.26 10-7 1.11 10-4 طين Clay (*) 8.48 10-15 6.28 10-8 7.4 10 6 (*) السماكة = 10-3سم. 564 عتر فيزياء بيئة التربة
26
علاقة السطح النوعي مع معادن الطين
يلاحظ أن صفيحة الطين لها سطح نوعي تقريباً مرة أكثر من السطح النوعي لحبيبة الرمل. علاقة السطح النوعي مع معادن الطين كثير من معادن الطين لها أسطح خارجية وأخرى داخلية وبعضها قابل للانتفاخ. نوع المعدن مسافة السطح النوعي م2/حم متوسط السماكة ْA (أنجستروم) الكاؤولينيت Kaolinites 5 - 20 400 الأليت Illite (mica) 50 المونتموريلونيت Montmorillonite 10 564 عتر فيزياء بيئة التربة
27
بناء التربة Soil Structure
التعريف: يعرف بناء التربة على أنه نظام تنظيم وترتيب الحبيبات في التربة ، وهو قابلية حبيبات التربة للأرتباط مع بعضها البعض في مجاميع (حبيبات مركبة) Aggregates. ويؤثر البناء على نمو النباتات من خلال : التهوية Aeration انضغاط التربة Soil Compaction العلاقات المائية Water Relations حرارة التربة Soil Temperature 564 عتر فيزياء بيئة التربة
28
564 عتر فيزياء بيئة التربة
29
وجود اكاسيد الألمونيوم والحديد (عامل تجميع) .
ويتأثر تطور البناء بالعوامل التالية : مقدار ونوعية الطين وبالمثل نوع الأيونات المتبادلة على الطين (أيضاً يعمل الماء على أنه رابط بين حبيبات الطين) . مقدار ونوعية المادة العضوية ، لأنها تقدم غذاء للطحالب وبكتيريا التربة وإفرازاتها للمواد المثبته Cementing Agents (بولي سكرايد Poly Sacharides ) وجود اكاسيد الألمونيوم والحديد (عامل تجميع) . الارتباط بين المركبات العضوية وغير العضوية (اكاسيد الألمونيوم ، الكاتيونات ، الطين ) . النمو الخضري : ينتج مادة عضوية OM، تعمل الجذور على مسك حبيبات التربة لبعضها البعض، وكذلك تحمي سطح التربة . 564 عتر فيزياء بيئة التربة
30
كتلية كبيره Massive ( الطين الثقيل ) .
أنواع بناء التربة : وحيد الحبيبة ( الحبيبات التي تذروها الرياح مثل السلت والرمل ) – عالية القابلية للتعرية . كتلية كبيره Massive ( الطين الثقيل ) . المتحببة Aggregated (مثالية لبناء التربة) توصيف بناء التربة ( في معظمها توصيف نوعي لأنها دالة للزمن ) : الحجم Size الحبيبات ( التوزيع الحجمي للحبيبات ) . الحبيبات المركبة Aggregates ( النخل الجاف ؛ ويكون اختبار ثباتيتها للماء بواسطة النخل الرطب Wet-Sieving ) المسامية Porosity مورفولوجياً كتلية Blocdy صفائحية Plately (طبقية) منشورية Prismatic فيزيائياً التوزيع الحجمي للمسامات – طريقة التجفيف Water Desoption Method . 564 عتر فيزياء بيئة التربة
31
564 عتر فيزياء بيئة التربة
32
نفاذية الماء ( نسبة النفاذيه الهوائية والمائية)
564 عتر فيزياء بيئة التربة
33
الثباتية عند الترطيب (النخل الرطب)
الصلابة تكوين العوائق الميكانيكية Mechanical Impedance (باستخدام اختبار جهاز الاختراق المخروطي Cone-Penetrometer Tests ) التقشر Crusting ( بقياس الترسب ) الانضغاط Compacting ( بقياس الكثافة الظاهرية ) 564 عتر فيزياء بيئة التربة
34
ويتدهور بناء التربة من خلال : الحرث والزراعة
الانخفاض في المادة العضوية السلت والملح في ماء الري والشكل التالي ( قريسن Greacen ، 1958) ، يظهر تأثير مدة تعرض المادة العضوية للتحلل الميكروبي على بناء التربة ( نسبة تكوين الحبيبات المركبة ) . 564 عتر فيزياء بيئة التربة
35
ويتأثر ميل التربة إلى تكوين الحبيبات المركبة Aggregation إلى الظروف الحيوية
564 عتر فيزياء بيئة التربة
36
درجة الحرارة أيضاً تؤثر على تكوين الحبيبة المركبة
564 عتر فيزياء بيئة التربة
37
ويعتمد ثبات البناء أو مقاومة التربة لقوى التفكك ( مطر ، الحرث ، أنتفاخ التربة ) على نوع المادة العضوية وتغيرها من C/N منخفضة إلى C/N عالية نتيجة لتحليل ( تكسير ) الميكروبات للمادة العضوية : 564 عتر فيزياء بيئة التربة
38
التسرب Infiltration 564 عتر فيزياء بيئة التربة
39
التهوية والانضغاط 564 عتر فيزياء بيئة التربة
40
ضغط أو كبس التربة غير المشبعة بنتج عنه انخفاض في حجم الهواء النسبي .
انضغاط التربة : ضغط أو كبس التربة غير المشبعة بنتج عنه انخفاض في حجم الهواء النسبي . الانضغاط الطبيعي والناتج عن الإنسان التقشرات السطحية Surface Crusts الطبقة الصلبة ( المتصلبة ) Hardpans الطبقة الطينية Clay Pans الطبقة الحرثية Tillage Pans الضغط من الحيوانات Trampling Animals الآليات Machinery قياسات الانضغاط الكثافة الظاهرية جهاز الاختراق (غير مباشر ، ويقيس متانة (قوة) التربة Soil Strength ) 564 عتر فيزياء بيئة التربة
41
564 عتر فيزياء بيئة التربة
Similar presentations
© 2025 SlidePlayer.com. Inc.
All rights reserved.