ИСТИНА

Природные почвы, искусственные почвенные конструкции и почвоподобные тела обладают свойством капиллярности. Это свойство, с одной стороны обеспечивает их важнейшие экологические функции (поглощение, впитывание и перераспределение влаги, корневое питание растений, пополнение грунтовых вод, вертикальный и латеральный транспорт элементов в ландшафтных биогеохимических циклах), а с другой – служит основной физической причиной концентрации вредных веществ в поверхностном слое при испарении влаги и связанных с ним почвенно-экологических проблем вторичного засоления и техногенного загрязнения земель. Несмотря на всестороннюю проработку доминирующей в физике почв капиллярной модели водоудерживающей способности и транспорта влаги, эффект капиллярного барьера и вызывающие его потенциальные причины (капиллярность второго рода и ее неустойчивость, вход воздуха или иного флюида, жаменовские цепочки, гидродинамическая неустойчивость на границе контрастных по дисперсности слоев, ПАВ-модификация поверхности с появлением гидрофобности, температурный фактор с фазовым переходом "лед/вода" и критическое иссушение (несмачиваемость), ряд кинетических факторов (скорость иссушения и массопереноса влаги, гидродинамическое сопротивление) и тд.) в науке о почвах с фундаментальных позиций изучены недостаточно, что определяет актуальность и научную новизну проводимых исследований. В них на основе оригинальных методологических разработок получены эмпирические и физически-обоснованные фундаментальные модели характеристик капиллярности (высоты и кинетики капиллярного поднятия, критической влажности разрыва капиллярной связи и передачи гидростатического давления, критической влажности смачивания, межфазного поверхностного натяжения, критериев устойчивости сольватных слоев) для почв и грунтов разного генезиса и дисперсности и их композиций с материалами-почвенными кондиционерами (синтетическими полимерами, ПАВ). На примере аридного поливного земледелия стран Персидского залива и урболандскейпинга дано обобщение собственных авторских разработок по использованию капиллярных барьеров в слоистых 1D почвенных конструкциях для подвешивания (аккумуляции) влаги и защиты плодородного слоя от вторичного засоления, а также инновационных зарубежных технологий 2-3D моделирования и почвенного конструирования на основе эффекта капиллярности. Впервые для слоистых почвенных конструкций с капиллярными барьерами ставится проблема неустойчивости фронта движущейся влаги и развития преимущественных потоков на границе раздела слоев (фингер-эффект) и дается обобщенный теоретический анализ критериев неустойчивости, а также характерных размеров гидродинамических диссипативных структур, осуществляющих преимущественный транспорт влаги и растворенных веществ в таких системах. На основе обнаруженного в предшествующих исследованиях феномена нелинейной зависимости концентрационных характеристик равновесных почвенных растворов (осмотического потенциала, активности, электропроводности) в виде функции с экстремумом от массовой доли влаги в почвах и разработанной физико-статистической модели этого явления предложена физически-обоснованная методика оценки критической влажности разрыва капиллярной связи и максимальной адсорбционной влагоемкости (смачиваемости) в почвах и грунтах с переменной влажностью. Практическая значимость полученных фундаментальных результатов заключается в разработке на их основе инновационных технологий почвенного конструирования для экономии водных ресурсов и эффективного решения важнейших почвенно-экологических проблем современности – вторичного засоления и техногенного загрязнения почв урбо- и агроландшафтов.