Электрофизические свойства широко используются в почвоведении. Электрические параметры так или иначе связаны с проявлением электрических полей: 1) параметры естественных электрических полей – потенциал, разность потенциалов, ЭДС; 2) параметры искусственных электрических полей – сопротивление, электропроводность. Из наиболее распространенных электрических характеристик почв следует отметить удельное электрическое сопротивление и величину обратную ему – электропроводность.
Почва электропроводна в силу наличия в ней проводников – ионов, сорбированных твердой фазой и находящихся в растворе. Проводники – вещества, проводящие электрический ток благодаря наличию в них большого количества зарядов, способных свободно перемещаться (в отличие от изоляторов). Они бывают I (первого) и II (второго) рода. Электропроводность проводников первого рода (чистые металлы, сплавы, некоторые соли, оксиды, ряд органических веществ) обусловлена электронами и не сопровождается химическими процессам. На электродах, выполненных из проводников I рода, происходит процесс переноса катиона металла в раствор или из раствора на поверхность металла. К проводникам II рода относятся электролиты. В них прохождение тока связано с химическими процессами и обусловлено движением положительных и отрицательных ионов.
Понятие сопротивления можно применять не только к линейным проводникам, но также к объемным, каковыми являются почвы.
Все методы исследования электрических свойств почв основаны на измерении истинного удельного электрического сопротивления. Различают истинное электрическое сопротивление, получаемое при измерениях относительно однородных сред, и кажущееся, получаемое при измерении неоднородных сред. Первый случай реализуется при лабораторных измерениях гомогенезированных почвенных паст, суспензий, вытяжек, растворов в кюветообразных датчиках с площадными электродами. Второй – в методах вертикального и послойного зондирования.
|
|
В почвоведении получили распространения 4-электродные симметричные прямолинейные установки электродов АMNВ и способы измерения сопротивления на их основе пришедшие из геофизики. На АВ подается исходное поле и в этой цепи измеряется ток. На MN измеряются разности потенциалов. Сопротивление рассчитывается по специальной формуле. Форма электродов может быть точечной или площадной (Хмелевской, 1973, 1979; Поздняков и др., 1979).
ER=K 
= [Ом·м], где K=p 
При площадных электродах АВ в почве создается однородное электрическое поле, и поэтому измеряемое сопротивление называют «истинным сопротивлением».
Рис. 5.1. Прибор для измерения параметров почв и растений «Landmapper-03».
В ходе практики по физике почв нами были изучены электрические параметры с помощью прибора «LANDMAPPER – 03», используя следующие полевые и лабораторные методы: горизонтальное электрическое профилирование (ГЭП), вертикальное электрическое зондирование (ВЭЗ) и метод почвенных паст (рис. 5.1).
С помощью данного прибора возможно решение различных задач, стоящих перед почвоведением:
· изучение генетических и почвенно-экологических особенностей почв; используется в таксономии;
· изучение морфологии почв;
· оценка гумусного состояния;
· изучение морфологии почв;
|
|
· оценка гумусного состояния;
· мониторинг свойств почв (процессы засоления/рассоления);
· изучение гидрологической обстановки;
· оценка структуры почвенного покрова;
· изучение процессов (промерзание/оттаивание);
· оценка мелиоративных свойств почв и многое другое.
Измерения можно проводить:
1) в лаборатории;
2) в поле по стенкам разрезов;
3) по приповерхностной толщи почв методом профилирования, например при картировании;
4) методом вертикального электрического зондирования для изучения строения почвенно-грунтовой толщи без закладки разрезов и скважин, проводя измерения лишь с поверхности.
Остановимся подробнее на этих методах.