Kurs_fiziki_pochv_Shein_E_V__2005
КУРС ФИЗИКИ ПОЧВ
Рекомендовано УМО по классическому университетскому образованию в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению 510700 «Почвоведение»
и специальности 013000 «Почвоведение»
Печатается по решению Ученого совета
Заведующийкафедрой кафедрой общего почвоведения факультетапочвоведенияМГУ
Ш39 Курсфизикипочв.:Учебник. М.:Изд-воМГУ,2005. 432с.
Учебниксодержитосновныетеоретическиеположенияфизики твердой,жидкойи газообразнойфазпочвы,теплофизики иреологии почв.Рассмотренысовременныеподходыиметодыоценкифизических свойств почв, почвенной влаги и структуры почв. Проанализированы и описаны с помощью математического аппарата основные закономерности движения влаги в почве, в системе почва-растение- атмосфера, движения солей и тепла, газообмена почв, процесса деформации почв под нагрузкой, а также основы создания и функционированияфизическиобоснованныхматематическихмоделейпереноса влаги, солей, тепла и газовв почве.
Длястудентовиаспирантов,обучающихся винститутахиуниверситетах по специальности и направлениям почвоведения, природопользования, а также широкого круга работников соответствующихспециальностей.
Моим близким друзьям коллегам
Этот учебник создан на основе курса «Физика почв», который автор читал для студентов факультета почвоведения МГУ им.М.В.Ломоносова начиная с 1997 года. В нем автор пытался отразить классические положения, теории, гипотезы, подходы и методы фундаментальной физики почв, избегая публикации разносторонних точек зрения и личностного взгляда на проблемы, отдавая предпочтение общепринятым подходам. Так как основная идея заключалась в том, чтобы создать именно учебник, а не научную монографию, автор руководствовался следующими основными принципами: (1) изложить основные классические положения физики почв, уделяяменьшеевниманиедискуссионнымиразвивающимсянаправлениям; (2) приводить как можно больше схем и концептуальных моделей (главное запоминающихся и образных), позволяющих ознакомиться с многообразием и главными системными взаимосвязямизасчетточностиописанияявления.Ивсвоейпедагогическойпрактике, и при написании этого учебника автор исходит из тезиса о том, чтокрометочногострогоматематическогознанияоченьважноиметь обобщенный образ изучаемого явления; (3) добиться доступного изложения материала, чтобы при его изучении у студента возникало бы желание дочитать не только конкретный раздел, но и всю книгу до конца. Этому, по мнению автора, должны были способствовать и научно-популярные вставки «К вопросу о» , касающиеся истории науки, связи физики почв с явлениями окружающего мира, некоторыми парадоксальными почвенными явлениями.
Этот учебник не состоялся бы никогда, если не помощь коллеги и друга А.В.Дембовецкого, а также сотрудников кафедры физики и мелиорации почв факультета почвоведения МГУ, друзей и близких. Всех,ктотемилиинымобразомпомогалавторувсозданииэтойкниги, очень трудно перечислить или особо выделить. Поэтому и получилось посвящение «Моим близким друзьям коллегам» без знаков препинания.
1. Фундаментальные законы
В естествознании есть два непоколебимых закона, которые не выводятся из других теорий и гипотез, не были получены на «кончике пера», а являются основополагающими в устройстве нашего мира. Поэтому они и носят название «феноменологических» как лежащих в основе всех природных явлений. Это закон сохранения вещества и энергии, или, как чаще говорят, закон баланса, в котором статьи приходные равны и противоположны по знаку расходным. Пока что у естествоиспытателей не возникло причин для того, чтобы усомниться в этом законе. Надо только всегда помнить общие правила, которые позволят точно соблюдать этот принцип: 1)всегдауказыватьграницытогопространства,вкоторомбудутпроизводиться расчеты, 2) всегда точно оговаривать период времени, для которого мы составляем, сводим баланс и 3) использовать одни и те же физические единицы (правило соблюдения размерностей) для всех составляющих баланса. Тогда и не возникнет сомнений в этом фундаментальном законе.
Второй феноменологический закон, который будет сопровождать нас по мере изучения физики почв, это закон формирования потока, который созвучен со вторым началом термодинамики. Он гласит: «Поток вещества или энергии направленот большего значения движущей силы к меньшей и пропорционален градиенту движущей силы. Коэффициентом пропорциональности в этом случае являетсяпроводимость,или коэффициентпроводимости».Действительно, пока еще никто не наблюдал, чтобы вода без дополнительных затрат поднималась из низины на водораздел, или при соприкосновениислоевхолодныйслойохлаждался,агорячийнагревался. Такое невозможно. Вода в насыщенной почве всегда течет от поверхностных слоев в нижележащие под действием силы тяжести
2. Принципы изучения почвы как природного естественно-исторического тела
(в насыщенной почве это единственная действующая сила), а тепло всегда распространяется от теплых к холодным телам. Интенсивность этих потоков прямо пропорциональна разнице действующих сил (высот, температур) и определяется еще коэффициентом пропорциональности(коэффициентом фильтрации,коэффициентом теплопроводности). Коэффициенты пропорциональности являются важными характеристиками природного тела, отражающими все его особенности: особенности сложения, извилистости порового пространства и множество других.
Эти два закона непоколебимы, они являются основными для любых расчетов. И в процессе познания сути почвенных процессов, их количественных расчетов и прогнозов именно эти два закона всегда лежат в фундаменте всех физических построений.
2. Принципы изучения почвы как природного естественно-исторического тела
При изучении почвы мы всегда должны помнить о некоторых общих естественно-научных принципах исследования природы.
1. Принцип масштабности. Все природные явления систематизированыпошкалеразмера,масштаба.Еслипотакойсистемепредставить почву, почвенный покров, каждый уровень (масштаб) обозначаявследзаХусбеекомиБриантом(Hoosbeek,Bryant,1992)буквой i соответствующий уровень, то получится следующая картина:
Источник