Mr.Muhendis
18.02.2010, 16:50
Hava ile birlikte su canlının kaynağını oluşturur. Tüm canlı dokular (bitki-hayvan) su içerirler ve oransal olarak diğer yapı maddeleri yanında da en çok su bulundururlar. Toprak boşluklarından tutulan su bitki gelişmesinde olduğu kadar, topraktaki birçok fiziksel ve kimyasal reaksiyonların temel etkenidir. Bu nedenle toprak su ilişkilerini iyi anlayabilmek için suyun önemli özelliklerini bilmek gerekir.
1. Suyun Fizikokimyasal Yapısı, Strüktürü ve Üç Hali
Bir su molekülü incelendiği zaman oksijen iyonunun molekül hacminin büyük bölümünü işgal ettiği, iki hidrojen iyonunu yok denecek kadar az yer işgal ettiği görülür. Hidrojen atomları oksijene, oksijen atomunun dış elektron yörüngesindeki elektronla bağlanmakta ve oksijen atomunun çekirdeğine göre iki hidrojen atomu arasında ortalama 105 0C’lik bir açı meydan getirmektedirler. Su molekülleri yalın halde bulunmazlar, hidrojen atomları bir su molekülünü diğer moleküle bağlar. Hidrojen bağlarının birçok su molekülünü birleştirmesi sonucu, su heksagenal kristal tipi strüktürel yapı kazanır. Bu nedenle su, hidrojene bağlı bir su molekülü polimeri olarak da gösterilebilir. Bu durum su buz halindeyken geçerli olur. Fakat su ısıtılınca hidrojen bağları gittikçe artan bir hızda kırılır ve su molekülleri birbirine daha yakın bir şekilde yığılmaya başlar, moleküllerin birbirlerini çekmesi Van der Vaal’s kuvvetleriyle olur.
Katı, sıvı ve gaz hallerinde bulunabilen su bir halden bir hale geçerken enerji alışverişi olur. Su katı halde iken en düşük kinetik enerjiye sahiptir. Sıvı halde iken biraz daha fazla, gaz halinde iken ise en yüksek kinetik enerjiye sahip olur.
2. Suyun Bir Durumunda Diğer Bir Duruma Geçişi İçin Gerekli Enerji
2.1. Buharlaşma Isısı
Buharlaşma endotermik bir reaksiyondur. Bu sırada her gram için 539 kalori ısı absorbe edilmektedir. Suyun buharlaşma ısısı diğer sıvılara göre oldukça yüksektir. Buharlaşma sıvısında pek çok hidrojen iyonu bağı kırılır. Bir hektar arazide 1 cm kalınlıkta suyun buharlaşması için 58 milyon kilo kalori ısı enerjisine gereksinim olduğu hesaplanmıştır ki bu yaklaşık 100 ton kömürün kalorisine eş değerdedir. Nemli topraklar buharlaşma ile su kaybederken serinler,buna karşılık su buharı yoğunlaşıp su damlası haline gelirken toprak ısınmaktadır.
2.2. Donma Isısı
Donma eksotermik bir olaydır. 1 gr suyun donması sırasında 80 kalori ısı açığa çıkar.1 hektar arazide 1 cm kalınlıktaki suyun donması sırasında 8 milyon kilo kalori ısı açığa çıkmaktadır. Açığa çıkan bu yüksek ısı enerjisi toprağın alt katlara doğru donmasına engel olur. Suyun diğer bir katı hali olan kristalize karın erime ısısı sulu kara göre daha yüksektir. Karların termal değerleri saptanarak kar erimeleri ile doğabilecek taşkın tehlikeleri bulunabilmektedir.
2.3. Sublimasyon Isısı:
Sublimasyon; katı bir cismin direk olarak buhar haline geçmesi olayıdır. Sublimasyon ısısı ise erime ve buharlaşma ısılarının toplamına eşittir.
2.4. Eritken Olarak Su:
Diğer bütün eriticilere göre suyun reaksiyon gücü daha fazladır. Toprakta bulunan bütün maddeler pratik olarak suda az veya çok erirler, özellikle asit ve bazların eritkenliği daha da yükselmektedir. Suyun iyi bir eritici olmasının başlıca nedenleri şunlardır:
Su bir Dipol’dür ve bunun sonucunda negatif kutupları, erittikleri bileşiklerin pozitif kutupları ile, pozitif kutupları ise negatif kutuplarla karşı karşıya gelecek şekilde dizilirler.
Suyun dielektrik sabitesi yüksektir. Bu nedenle içerisinde ermiş iyonların elektriksel çekim gücünü azaltır. Bileşikler su içerisinde bir kere eriyip iyonlara ayrıldıkları takdirde, tekrar bir araya gelmeleri güçtür.
Su moleküllerinin diğer maddelerle oluşturduğu hidrojen bağları da suyun çok aktif bir madde olmasını sağlar.
Eriyebilirlik, kristallerin stabilitelerinin bir ölçüsüdür. Bir tuz molekülü iyonlarının, su moleküllerince çekilmesi, bu iyonların kendi aralarındaki çekim gücünden fazla olduğu takdirde, tuz suda çözülmüş durumu da kalır. Diğer bir deyişle hidrasyon enerjisi kristal enerjisinden daha büyük olmaktadır.
Birçok tuzların erirlik dereceleri ısı ile artmaktadır. Genel olarak sıcaklık ne kadar artarsa tuzlar da, su da o kadar çok ve çabuk erimektedirler. Buna karşılık gazların sıvı içerisinde erimeleri, ısı artışı ile ters orantılı olmaktadır. Bu nedenledir ki soğuk yağmur suları sıcak yağmurlara göre daha çok oksijeni atmosferden toprağa taşımaktadır. Birçok bileşiklerin suda eriyebilirlik özellikleri, toprak oluşumu ve bitki yetiştirme yönünden büyük önem taşır.
2.5. Suyun Yoğunluğu
Suyun özgül ağırlığı sıcaklık derecesine göre değişir. +4 0C’de yoğunluk sabit olup 1 gr/cm3 ‘tür. Sıcaklığın +4 0C üstüne çıkması veya altına düşmesi hallerinde suyun yoğunluğu birbirine zıt iki faktörün etkisiyle olur. 0 0C ile +4 0C arasında suyun yoğunluğu azalır. Burada etkili olan hidrojen bağlarıdır. +4 0C üzerinde ısı artışı ile kinetik hareketler artar. Her bir su molekülü bir alan içerisinde hareket eder. Isı artışı moleküller arası mesafeyi artırmak yoluyla yoğunluğa etki eder. Toprak içerisinde bulunan sıvı haldeki suyun, topraktaki ısı değişmelerine uyarak gösterdiği yoğunluk değişimi küçük olmakla birlikte, sıvı halde su ile buz haldeki suyun, toprak oluşumuna strüktür oluşumuna agregatlaşmaya ve verimlilik özelliklerine etkisi önemli ölçüde etkili olmaktadır.
2.6. Suyun Özel Isısı ve Buhar Basıncı
Suyun özel ısısı 1 kal/gr’ dir. 1 gr suyun sıcaklığını 14.5 0C’den 15.5 0C’ye çıkarmak için gerekli su miktarı 1 kaloridir ve buna suyun özel ısısı denir. Buzun özel ısısı 0.493 kal/gr, havanın özel ısısı ise 0.171 kal/gr’dir.
Sıvı ile buhar miktarı denge halindeyken, sıvının buharlı tarafından yapılan basınca “Buhar Basıncı” denir. Buhar basıncı sıcaklık ile artar.
2.7. Kaynama Noktası
Bir sıvının kaynama noktası, maksimum ve doygun buhar basıncının normal atmosfer basıncı veya 760mm cıva basıncına eşit olduğu andaki sıcaklık derecesidir. Kapalı bir sistemde suyun basıncı artırıldıkça kaynama noktası yükselir.
2.8. Donma Noktası
Bir maddenin donma noktası sıvı ve katı fonlarının denge halinde bulunduğu sıcaklık derecesidir. Normal koşullar altında saf suyun donma noktası 0 0C’dir. Bir litre suya ilave edilerek eritilen 1 mol/gr madde suyun donma noktası 1.85 0C düşürür. Örneğin kışın yollardaki karı eritmek veya donmayı önlemek için yollara tuz atılması yukarıdaki prensibe dayanmaktadır.
3. Suyun Viskozitesi
Bir sıvı veya gazın viskozitesi onun akmasına karşı koyan iç sürtünmesidir. Viskozite bilimi poisedir ve dyn+sn/cm2 ile ölçülür.
4. Yüzey Gerilimi
Sıvıların yüzeyi, gerilmiş elastik membranların gösterdiği özelliğe benzer özelliğe sahiptir. Buna yüzey gerilimi adı verilir. Yüzey gerilimi sıvının yüzeyini iç tarafa doğru çekip yüzeyi en küçük alanı işgal etmeye zorlayan kuvvettir. Su moleküllerini kohezyon gücü, hava-su sınırındaki hava molekülleri ile olan adhezyon gücünden daha büyük olduğu için yüzeydeki su molekülleri aşağıya doğru çekilmekte ve suyun yüzeyi iç bükey şekil almaktadır.
5. Kapillarite ( Kılcallık)
Suyun kıl kalınlığındaki ince toprak boşlukları tarafından çekilip tutulması olayıdır. Yüzey geriliminin toprak içerisinde neden olduğu kapillarite veya kılcal yükselişte sıvı molekülleri arasındaki çekim kuvveti (kohezyon) ile, su molekülleri ile katı cismin arasındaki çekim kuvveti (adhezyon) ve suyun ağırlığı önemli rol oynar.
6. Toprakta Su Çeşitleri
Toprak tarafından tutulan suyun enerji ilişkilerine bağlı olarak sınıflandırılması Briggs’e göre üç sınıfa ayrılmaktadır.
6.1. Higroskopik Su
Toprak parçacıkları tarafından iç ve dış yüzeylerde çok sıkı bir şekilde tutulan higroskopik su, 15-20 su molekülünden ibaret,4-5 milimikron kalınlıkta, ince bir film tabakası halinde, toprak tanecikleri ve granürlerinin yüzeyini örter. Enerji birimi ile ifade edilecek olursa 4.5 pF veya 31 atmosferden daha büyük bir kuvvetle tutulan sudur. Higroskopik suyun büyük bir kısmı buhar halinde bulunduğundan topraktaki biyolojik aktiviteye çok azı katılabilir. Bitkiler, en çok 15 atmosfer kadar kök emme basıncına sahip olabildiklerinden higroskopik sudan faydalanamazlar. Bu nedenle higroskopik suya ölü su adı da verilir.
6.2. Kapillar Su
Yer çekimine bağlı olarak aşağıya doğru hareket eden suyun bir kısmı, toprak mahsulleri tarafından ve kapillar boşluklarda tutulur. Tarla kapasitesiyle higroskopik sabite arasında tutulan suya kapiller su denilmekte olup, tutulma kuvveti 2.54-4.5 pF değerleri arasında oldukça geniş enerjiye sahiptir.
6.3. Sızan Su
Serbest drenaj koşulları altında toprak boşluklarında tutulamayıp ağırlığının etkisi altında kapillar olmayan boşluklardan geçerek aşağıya doğru hareket eden sudur. Enerji birimiyle ifade edilirse 2.54 pF veya 1/3 atmosferden daha küçük bir tutunma gücüne sahiptir. Sızan suyun miktar ve hareket hızı, toprak bünyesi, toprak strüktürü ve kapillar olmayan miktar ve büyüklüklerine bağlıdır.
6.4. Taban Suyu
Toprağın değişik derinliklerinde öyle bir katman bulunabilir ki burada toprağın bütün boşlukları hidrostatik basınç altında su ile doymuş halinde bulunur. Bu suya taban suyu adı verilir. Taban suyu düzeyi bitki köklerinin ulaşabileceği derinlikte olursa bitkiler bu sudan doğrudan doğruya faydalanabilir. Taban suyu bitkilerin ulaşamayacağı derinlikte olduğu gibi yüzeye çok yakın ya da yüzeyde de bulunabilirler, fazla miktarda eriyebilir tuzlar içerebilir. Bu durumda topraklarda tuzluluk ve alkalilik tehlikesi yarattığı gibi, havasız koşullar nedeniyle bitkilere zarar verebilir. Mevsimsel değişmeler, buharlaşma, tranprasyon, sıcaklık, atmosferik basın ve yağışlar taban suyu seviyesinde değişmelere neden olabilir.
Taban suyu düzeyinin profili, arazinin profiline veya topografyasına bağlı olur. Yüksek taban suyu seviyelerine genellikle doğal çıkış olmayan düz ve çukur arazilerde veya nehir, göl, deniz gibi büyük su kitlelerine yakın yerlerde rastlanılır.
7. Suyun Sıvı Haldeki Hareketi
Yerçekimi veya ağırlık kuvvetinin etkisi altında yağmur veya sulamadan sonra suyun toprak içerisine ve kapillar olmayan boşluklarda, geçirimsiz bir tabakaya ve taban suyuna kadar hareketine iki faktör önemli rol oynar.
Kapillar olmayan boşlukların boyutu, sayısı ve birbirleriyle bağlı olma dereceleri
Boşluklara giren suyun buradaki havayı dışarı çıkarma derecesi
Suyun toprak içerisinde aşağıya doğru girişini “infiltrasyon” denir. Belirli bir sürede, belirli koşullar altında bir toprağın yağmur sularında absorbe edebileceği en yüksek su miktarına “infiltrasyon” oranı denir. Birim zamanda su yüksekliği olarak ifade edilen suyun toprağın içine girme oranına ise “infiltrasyon” hızı denir. Poröz bir yapıya sahip olan toprakların suyu iletme-geçirme özelliği “permeabilite” terimi ile ifade edilir. Permeabilite toprak tarafından müsaade edilen su hareketidir. Toprakların permeabilite bünye,strüktür, boşlukların sayıları gibi faktörlere bağlıdır.
8. Suyun Buhar Halindeki Hareketi
Kapilar geçirgenliği sıfıra eriştiği andaki nem kapsamında suyun sıvı haldeki hareketi durur. Bu düşük nem kapsamında su artık buhar halinde hareket eder. Buhar fazdaki su toprakta gaz halinde bir boşluktan diğerine, bir horizondan ötekine geçer. Bu geçiş, boşluklardaki buhar basıncı farklarından ileri gelmektedir. Su daima yüksek buhar basıncı bölgesinden alçak buhar basınç bölgesine doğru hareket eder. Buhar basıncındaki değişmeler, toprak neminin sıcaklığında meydana gelen değişmeler sonucudur.
Toprak higroskopik kapasitenin altında su içermediği hallerde, toprağın gaz fazı toprak havası su buharı ile doyma noktasında veya doyma noktasına yakın bir yerdedir. 4.5 pF veya 31 atmosfer basıncı altında toprak havası serbest su molekülleriyle %100 doymuş durumdadır. Eğer topraktaki su miktarı higroskopik kapasitenin altına düşerse bu su daha fazla bir kuvvetle tutulur. Daha güç buharlaşabilir ve buhar basıncı pratik olarak sıfırdır. Toprak havası su ile doymuş haldeyse buhar basıncı en yüksek düzeydedir. Nispi nem farkı ve sıcaklık farkı tarla şartlarında suyun buhar halindeki hareketini düzenlerler.
9. Toprak Suyu Konstantları
Toprak-su ilişkilerini karakterize etmede kullanılan önemli toprak nemi konstantları şunlardır.
Higroskopik Koafisient ( Higroskopik Sabite) : Bu sabitenin higroskopik nem kapsamının üst sınırına yani maksimum higroskopik kapasiteyi gösterdiği kabul edilir.
Nem ekivaleni: Nem kapsamı belirli bir merkezkaç kuvveti yardımı ile kapiler denge haline getirilmiş bulunan bir toprağın tutabildiği % su miktarı olarak ifade edilir.
Daimi Solma Noktası: Solma noktası toprağın bitki turgorunu sürdürecek oranda su içeremediği ve bu nedenle bitkinin sürekli olarak solduğu nem kapsamını gösterir.
Tarla Kapasitesi: Fazla suyun yer çekimi ile drene olması ve aşağıya doğru su hareketini kısmen durmasından sonra toprakta tutulan su oranıdır.
1. Suyun Fizikokimyasal Yapısı, Strüktürü ve Üç Hali
Bir su molekülü incelendiği zaman oksijen iyonunun molekül hacminin büyük bölümünü işgal ettiği, iki hidrojen iyonunu yok denecek kadar az yer işgal ettiği görülür. Hidrojen atomları oksijene, oksijen atomunun dış elektron yörüngesindeki elektronla bağlanmakta ve oksijen atomunun çekirdeğine göre iki hidrojen atomu arasında ortalama 105 0C’lik bir açı meydan getirmektedirler. Su molekülleri yalın halde bulunmazlar, hidrojen atomları bir su molekülünü diğer moleküle bağlar. Hidrojen bağlarının birçok su molekülünü birleştirmesi sonucu, su heksagenal kristal tipi strüktürel yapı kazanır. Bu nedenle su, hidrojene bağlı bir su molekülü polimeri olarak da gösterilebilir. Bu durum su buz halindeyken geçerli olur. Fakat su ısıtılınca hidrojen bağları gittikçe artan bir hızda kırılır ve su molekülleri birbirine daha yakın bir şekilde yığılmaya başlar, moleküllerin birbirlerini çekmesi Van der Vaal’s kuvvetleriyle olur.
Katı, sıvı ve gaz hallerinde bulunabilen su bir halden bir hale geçerken enerji alışverişi olur. Su katı halde iken en düşük kinetik enerjiye sahiptir. Sıvı halde iken biraz daha fazla, gaz halinde iken ise en yüksek kinetik enerjiye sahip olur.
2. Suyun Bir Durumunda Diğer Bir Duruma Geçişi İçin Gerekli Enerji
2.1. Buharlaşma Isısı
Buharlaşma endotermik bir reaksiyondur. Bu sırada her gram için 539 kalori ısı absorbe edilmektedir. Suyun buharlaşma ısısı diğer sıvılara göre oldukça yüksektir. Buharlaşma sıvısında pek çok hidrojen iyonu bağı kırılır. Bir hektar arazide 1 cm kalınlıkta suyun buharlaşması için 58 milyon kilo kalori ısı enerjisine gereksinim olduğu hesaplanmıştır ki bu yaklaşık 100 ton kömürün kalorisine eş değerdedir. Nemli topraklar buharlaşma ile su kaybederken serinler,buna karşılık su buharı yoğunlaşıp su damlası haline gelirken toprak ısınmaktadır.
2.2. Donma Isısı
Donma eksotermik bir olaydır. 1 gr suyun donması sırasında 80 kalori ısı açığa çıkar.1 hektar arazide 1 cm kalınlıktaki suyun donması sırasında 8 milyon kilo kalori ısı açığa çıkmaktadır. Açığa çıkan bu yüksek ısı enerjisi toprağın alt katlara doğru donmasına engel olur. Suyun diğer bir katı hali olan kristalize karın erime ısısı sulu kara göre daha yüksektir. Karların termal değerleri saptanarak kar erimeleri ile doğabilecek taşkın tehlikeleri bulunabilmektedir.
2.3. Sublimasyon Isısı:
Sublimasyon; katı bir cismin direk olarak buhar haline geçmesi olayıdır. Sublimasyon ısısı ise erime ve buharlaşma ısılarının toplamına eşittir.
2.4. Eritken Olarak Su:
Diğer bütün eriticilere göre suyun reaksiyon gücü daha fazladır. Toprakta bulunan bütün maddeler pratik olarak suda az veya çok erirler, özellikle asit ve bazların eritkenliği daha da yükselmektedir. Suyun iyi bir eritici olmasının başlıca nedenleri şunlardır:
Su bir Dipol’dür ve bunun sonucunda negatif kutupları, erittikleri bileşiklerin pozitif kutupları ile, pozitif kutupları ise negatif kutuplarla karşı karşıya gelecek şekilde dizilirler.
Suyun dielektrik sabitesi yüksektir. Bu nedenle içerisinde ermiş iyonların elektriksel çekim gücünü azaltır. Bileşikler su içerisinde bir kere eriyip iyonlara ayrıldıkları takdirde, tekrar bir araya gelmeleri güçtür.
Su moleküllerinin diğer maddelerle oluşturduğu hidrojen bağları da suyun çok aktif bir madde olmasını sağlar.
Eriyebilirlik, kristallerin stabilitelerinin bir ölçüsüdür. Bir tuz molekülü iyonlarının, su moleküllerince çekilmesi, bu iyonların kendi aralarındaki çekim gücünden fazla olduğu takdirde, tuz suda çözülmüş durumu da kalır. Diğer bir deyişle hidrasyon enerjisi kristal enerjisinden daha büyük olmaktadır.
Birçok tuzların erirlik dereceleri ısı ile artmaktadır. Genel olarak sıcaklık ne kadar artarsa tuzlar da, su da o kadar çok ve çabuk erimektedirler. Buna karşılık gazların sıvı içerisinde erimeleri, ısı artışı ile ters orantılı olmaktadır. Bu nedenledir ki soğuk yağmur suları sıcak yağmurlara göre daha çok oksijeni atmosferden toprağa taşımaktadır. Birçok bileşiklerin suda eriyebilirlik özellikleri, toprak oluşumu ve bitki yetiştirme yönünden büyük önem taşır.
2.5. Suyun Yoğunluğu
Suyun özgül ağırlığı sıcaklık derecesine göre değişir. +4 0C’de yoğunluk sabit olup 1 gr/cm3 ‘tür. Sıcaklığın +4 0C üstüne çıkması veya altına düşmesi hallerinde suyun yoğunluğu birbirine zıt iki faktörün etkisiyle olur. 0 0C ile +4 0C arasında suyun yoğunluğu azalır. Burada etkili olan hidrojen bağlarıdır. +4 0C üzerinde ısı artışı ile kinetik hareketler artar. Her bir su molekülü bir alan içerisinde hareket eder. Isı artışı moleküller arası mesafeyi artırmak yoluyla yoğunluğa etki eder. Toprak içerisinde bulunan sıvı haldeki suyun, topraktaki ısı değişmelerine uyarak gösterdiği yoğunluk değişimi küçük olmakla birlikte, sıvı halde su ile buz haldeki suyun, toprak oluşumuna strüktür oluşumuna agregatlaşmaya ve verimlilik özelliklerine etkisi önemli ölçüde etkili olmaktadır.
2.6. Suyun Özel Isısı ve Buhar Basıncı
Suyun özel ısısı 1 kal/gr’ dir. 1 gr suyun sıcaklığını 14.5 0C’den 15.5 0C’ye çıkarmak için gerekli su miktarı 1 kaloridir ve buna suyun özel ısısı denir. Buzun özel ısısı 0.493 kal/gr, havanın özel ısısı ise 0.171 kal/gr’dir.
Sıvı ile buhar miktarı denge halindeyken, sıvının buharlı tarafından yapılan basınca “Buhar Basıncı” denir. Buhar basıncı sıcaklık ile artar.
2.7. Kaynama Noktası
Bir sıvının kaynama noktası, maksimum ve doygun buhar basıncının normal atmosfer basıncı veya 760mm cıva basıncına eşit olduğu andaki sıcaklık derecesidir. Kapalı bir sistemde suyun basıncı artırıldıkça kaynama noktası yükselir.
2.8. Donma Noktası
Bir maddenin donma noktası sıvı ve katı fonlarının denge halinde bulunduğu sıcaklık derecesidir. Normal koşullar altında saf suyun donma noktası 0 0C’dir. Bir litre suya ilave edilerek eritilen 1 mol/gr madde suyun donma noktası 1.85 0C düşürür. Örneğin kışın yollardaki karı eritmek veya donmayı önlemek için yollara tuz atılması yukarıdaki prensibe dayanmaktadır.
3. Suyun Viskozitesi
Bir sıvı veya gazın viskozitesi onun akmasına karşı koyan iç sürtünmesidir. Viskozite bilimi poisedir ve dyn+sn/cm2 ile ölçülür.
4. Yüzey Gerilimi
Sıvıların yüzeyi, gerilmiş elastik membranların gösterdiği özelliğe benzer özelliğe sahiptir. Buna yüzey gerilimi adı verilir. Yüzey gerilimi sıvının yüzeyini iç tarafa doğru çekip yüzeyi en küçük alanı işgal etmeye zorlayan kuvvettir. Su moleküllerini kohezyon gücü, hava-su sınırındaki hava molekülleri ile olan adhezyon gücünden daha büyük olduğu için yüzeydeki su molekülleri aşağıya doğru çekilmekte ve suyun yüzeyi iç bükey şekil almaktadır.
5. Kapillarite ( Kılcallık)
Suyun kıl kalınlığındaki ince toprak boşlukları tarafından çekilip tutulması olayıdır. Yüzey geriliminin toprak içerisinde neden olduğu kapillarite veya kılcal yükselişte sıvı molekülleri arasındaki çekim kuvveti (kohezyon) ile, su molekülleri ile katı cismin arasındaki çekim kuvveti (adhezyon) ve suyun ağırlığı önemli rol oynar.
6. Toprakta Su Çeşitleri
Toprak tarafından tutulan suyun enerji ilişkilerine bağlı olarak sınıflandırılması Briggs’e göre üç sınıfa ayrılmaktadır.
6.1. Higroskopik Su
Toprak parçacıkları tarafından iç ve dış yüzeylerde çok sıkı bir şekilde tutulan higroskopik su, 15-20 su molekülünden ibaret,4-5 milimikron kalınlıkta, ince bir film tabakası halinde, toprak tanecikleri ve granürlerinin yüzeyini örter. Enerji birimi ile ifade edilecek olursa 4.5 pF veya 31 atmosferden daha büyük bir kuvvetle tutulan sudur. Higroskopik suyun büyük bir kısmı buhar halinde bulunduğundan topraktaki biyolojik aktiviteye çok azı katılabilir. Bitkiler, en çok 15 atmosfer kadar kök emme basıncına sahip olabildiklerinden higroskopik sudan faydalanamazlar. Bu nedenle higroskopik suya ölü su adı da verilir.
6.2. Kapillar Su
Yer çekimine bağlı olarak aşağıya doğru hareket eden suyun bir kısmı, toprak mahsulleri tarafından ve kapillar boşluklarda tutulur. Tarla kapasitesiyle higroskopik sabite arasında tutulan suya kapiller su denilmekte olup, tutulma kuvveti 2.54-4.5 pF değerleri arasında oldukça geniş enerjiye sahiptir.
6.3. Sızan Su
Serbest drenaj koşulları altında toprak boşluklarında tutulamayıp ağırlığının etkisi altında kapillar olmayan boşluklardan geçerek aşağıya doğru hareket eden sudur. Enerji birimiyle ifade edilirse 2.54 pF veya 1/3 atmosferden daha küçük bir tutunma gücüne sahiptir. Sızan suyun miktar ve hareket hızı, toprak bünyesi, toprak strüktürü ve kapillar olmayan miktar ve büyüklüklerine bağlıdır.
6.4. Taban Suyu
Toprağın değişik derinliklerinde öyle bir katman bulunabilir ki burada toprağın bütün boşlukları hidrostatik basınç altında su ile doymuş halinde bulunur. Bu suya taban suyu adı verilir. Taban suyu düzeyi bitki köklerinin ulaşabileceği derinlikte olursa bitkiler bu sudan doğrudan doğruya faydalanabilir. Taban suyu bitkilerin ulaşamayacağı derinlikte olduğu gibi yüzeye çok yakın ya da yüzeyde de bulunabilirler, fazla miktarda eriyebilir tuzlar içerebilir. Bu durumda topraklarda tuzluluk ve alkalilik tehlikesi yarattığı gibi, havasız koşullar nedeniyle bitkilere zarar verebilir. Mevsimsel değişmeler, buharlaşma, tranprasyon, sıcaklık, atmosferik basın ve yağışlar taban suyu seviyesinde değişmelere neden olabilir.
Taban suyu düzeyinin profili, arazinin profiline veya topografyasına bağlı olur. Yüksek taban suyu seviyelerine genellikle doğal çıkış olmayan düz ve çukur arazilerde veya nehir, göl, deniz gibi büyük su kitlelerine yakın yerlerde rastlanılır.
7. Suyun Sıvı Haldeki Hareketi
Yerçekimi veya ağırlık kuvvetinin etkisi altında yağmur veya sulamadan sonra suyun toprak içerisine ve kapillar olmayan boşluklarda, geçirimsiz bir tabakaya ve taban suyuna kadar hareketine iki faktör önemli rol oynar.
Kapillar olmayan boşlukların boyutu, sayısı ve birbirleriyle bağlı olma dereceleri
Boşluklara giren suyun buradaki havayı dışarı çıkarma derecesi
Suyun toprak içerisinde aşağıya doğru girişini “infiltrasyon” denir. Belirli bir sürede, belirli koşullar altında bir toprağın yağmur sularında absorbe edebileceği en yüksek su miktarına “infiltrasyon” oranı denir. Birim zamanda su yüksekliği olarak ifade edilen suyun toprağın içine girme oranına ise “infiltrasyon” hızı denir. Poröz bir yapıya sahip olan toprakların suyu iletme-geçirme özelliği “permeabilite” terimi ile ifade edilir. Permeabilite toprak tarafından müsaade edilen su hareketidir. Toprakların permeabilite bünye,strüktür, boşlukların sayıları gibi faktörlere bağlıdır.
8. Suyun Buhar Halindeki Hareketi
Kapilar geçirgenliği sıfıra eriştiği andaki nem kapsamında suyun sıvı haldeki hareketi durur. Bu düşük nem kapsamında su artık buhar halinde hareket eder. Buhar fazdaki su toprakta gaz halinde bir boşluktan diğerine, bir horizondan ötekine geçer. Bu geçiş, boşluklardaki buhar basıncı farklarından ileri gelmektedir. Su daima yüksek buhar basıncı bölgesinden alçak buhar basınç bölgesine doğru hareket eder. Buhar basıncındaki değişmeler, toprak neminin sıcaklığında meydana gelen değişmeler sonucudur.
Toprak higroskopik kapasitenin altında su içermediği hallerde, toprağın gaz fazı toprak havası su buharı ile doyma noktasında veya doyma noktasına yakın bir yerdedir. 4.5 pF veya 31 atmosfer basıncı altında toprak havası serbest su molekülleriyle %100 doymuş durumdadır. Eğer topraktaki su miktarı higroskopik kapasitenin altına düşerse bu su daha fazla bir kuvvetle tutulur. Daha güç buharlaşabilir ve buhar basıncı pratik olarak sıfırdır. Toprak havası su ile doymuş haldeyse buhar basıncı en yüksek düzeydedir. Nispi nem farkı ve sıcaklık farkı tarla şartlarında suyun buhar halindeki hareketini düzenlerler.
9. Toprak Suyu Konstantları
Toprak-su ilişkilerini karakterize etmede kullanılan önemli toprak nemi konstantları şunlardır.
Higroskopik Koafisient ( Higroskopik Sabite) : Bu sabitenin higroskopik nem kapsamının üst sınırına yani maksimum higroskopik kapasiteyi gösterdiği kabul edilir.
Nem ekivaleni: Nem kapsamı belirli bir merkezkaç kuvveti yardımı ile kapiler denge haline getirilmiş bulunan bir toprağın tutabildiği % su miktarı olarak ifade edilir.
Daimi Solma Noktası: Solma noktası toprağın bitki turgorunu sürdürecek oranda su içeremediği ve bu nedenle bitkinin sürekli olarak solduğu nem kapsamını gösterir.
Tarla Kapasitesi: Fazla suyun yer çekimi ile drene olması ve aşağıya doğru su hareketini kısmen durmasından sonra toprakta tutulan su oranıdır.