Перенос почва -—воздух

В миграционных процессах между почвой и воздухом большое значение имеют обменные процессы жидкость/твердая фаза, жид­кость/газ и твердая фаза/газ.

Переход вещества из почвы в атмосферу путем диффузии в при­родных условиях называют летучестью из почвы, а обратный процесс — сухим осаждением в почву.

Прежде чем начать обсуждение процесса летучести химических веществ из почвы, следует вкратце рассмотреть летучесть самих этих веществ. Улетучивание идет аналогично улетучиванию химических соединений из водных растворов (уравнения F=KΔС и

R*T

К = [ 1/ k₁ + ------------]^{-1 )}

k_g*H

причем сопротивление жидкой фазы 1/ k₁ принимается равным нулю, растворимость в воде (S, моль/м³) — равной lO6/M_r, а разность кон­центраций (ΔС, г/м³) — равной 10⁶. Тогда летучесть чистого вещества равна

k_g*р

F =-------- *M_r

R*T (4.9)

где k_g — скорость переноса в газовой фазе, р — давление насы­щенного пара; R— универсальная газовая постоянная; Т — аб­солютная температура; M_r — молекулярная масса.

Для химических веществ, адсорбирующихся на сухой поверхно­сти почвы, уравнение (4.9) применимо, если вместо давления на­сыщенного пара чистого вещества подставить давление пара ад­сорбированного вещества. Если потеря вещества с гладкой плоской поверхности с равномерным заполнением постоянна во времени, то для почвы такая закономерность не выполняется, так как почва шеро­ховата и обладает сложной структурой, ее заполнение веществом не­равномерно. Летучесть химических соединений из почвы происходит поэтому так же, как и из водных растворов, в соответствии с кинети­ческим уравнением первого порядка.

Летучесть с влажной поверхности почвы существенно выше, чем с сухой. Это явление нельзя свести к соиспарению, которое происхо­дит при более высоких температурах и концентрациях благодаря вза­имному влиянию воды и испаряющегося вещества. Вынос молекул воды и химического соединения из почвы происходит независимо друг от друга. Увеличение летучести из влажной почвы по сравнению с сухой в большей степени объясняется частичной десорбцией хими­ческих соединений при их вытеснении водой. Летучесть химических соединений с влажной поверхности почвы происходит преимущест­венно из жидкой фазы.

Химические вещества, которые внесены в толщу почвы, пере­носятся из более глубоких слоев к обедненному слою, и этот процесс становится фактором, лимитирующим скорость улетучивания, если испаряющееся вещество имеет относительно более высокую констан­ту Генри (отношение концентраций в газовой и водной фазах). Для веществ с малой константой Генри, напротив, происходит обогащение ими поверхности почвы. При переносе растворенных веществ из нижних слоев почвы в верхние диффузия играет существенную роль только в том случае, если речь идет о газах и легколетучих веществах. Большей частью перенос вверх происходит за счет конвекции и ка­пиллярных сил. Этот эффект называют «фитильным».

Летучесть химических веществ из почвы в атмосферу зависит также от свойств почвы, температуры и скорости ветра. Другим путем уноса вещества из почвы в атмосферу является перенос с пылью (ветровая эрозия); перенос в обратном направлении — влажное осаждение, например вымывание из воздуха дождем. Так же, как в случае перехода вода/воздух, доля каждого направления пе­реноса зависит от физико-химических свойств вещества, а также типа почвы и климатических условий.