Wplyw przygotowania probek glebowych materialow porowatych na ich porowatosc oraz wymiar fraktalny

• Autorzy: Sokolowska Z , Sokolowski S
• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Montmorylonit w formie sodowej i wapniowej oraz wybrane gleby mineralne wytworzone z lessu i z fliszu karpackiego osuszano w suszarce w 105°C, metodą punktu krytycznego i w stanie zamrożonym. Suche próbki minerałów i gleb odpowietrzano do ciśnienia ok. 1,3 KPa, zalewano rtęcią i poddawano analizie porozymetrycznej. W przypadku montmorylonitu średnie całkowite objętości i promienie porów wzrastały w kolejności dla metod suszenia w suszarce, punktu krytycznego i w stanie zamrożonym. Największe różnice pomiędzy wynikami suszenia stwierdzono dla montmorylonitu w formie sodowej. Natomiast dla materiału glebowego nie ma zasadniczych różnic w całkowitej objętości porów dla próbek suszonych na powietrzu i w suszarce. Na podstawie otrzymanych z pomiarów porozymetrycznych krzywych rozkładu rozmiarów porów dla badanych materiałów wyliczano wymiar fraktalny powierzchni. Wyliczone wymiary fraktalne dla montmorylonitu były zazwyczaj mniejsze od 2, chociaż dla formy sodowej były większe od 3. Natomiast dla próbek glebowych mieściły się one w zakresie od 2 do 3. Wyniki dla próbek glebowych suszonych powietrznie nie różniły się istotnie od wyników dla próbek suszonych w suszarce. Wpływ metody suszenia próbek występował wyraźnie dla montmorylonitu, szczególnie w formie sodowej, a wyznaczony wymiar fraktalny (0=4,32) leży poza zakresem fraktalności powierzchni. Dla minerałów ilastych, szczególnie dla minerałów pęczniejących typu montmorylonitu suszenie w suszarce powodowało największe zmiany w strukturze próbki. Natomiast dla gleb suszenie w suszarce powodowało nieznaczne zmiany w ich strukturze. Rzetelność i dokładność wyznaczenia rozkładów rozmiarów porów w materiale porowatym jest jednym z podstawowych czynników koniecznych do prawidłowego wyliczenia wymiaru fraktalnego jego powierzchni metodą analizy wyników porozymetrycznych.

EN

Sodium and calcium forms of montmorillonite and some selected soils formed from loess and from Carpathian flysh were owen dried at 105°C, critical point-dried and freeze-dried. After drying, all samples were outgased up to the pressure 1.3 kPa and next analyzed using mercury intrusion porosimetry. In the case of montmorillonite the average total pore volumes and average pore radii increased depending on applied drying method in following order: owen-drying, critical point drying and freeze-drying. The biggest differences among differently dried samples were observed in the case of sodium montmorillonite. However, in soil material, the total pore volumes for air-dried and owen- dried samples were almost the same. Determined pore size distributions were next used to calculate the surface fractal dimensions. The fractal dimensions for montmorillonite were usually lower than 2, althouh for sodium montmorillonite the values of fractal dimensions higher than 3 were found. For the majority of soil samples the fractal dimensions varied within the range 2 and 3. The results obtained for air-dried soil samples were very similar to those evaluated for owen-dried samples. The influence of drying method on estimated fractal dimensions was evident in the case of monmorillonite and its sodium form, in particular. However, in the latter case the determined fractal dimension (D=4.32) was outside of physically justfied range. In the case of clay minerals, and in the case of swelling clay minerals like montmorillonite in particular, the owen-drying method led to essential changes in the structure of samples. However, the structure changes of the soils owen- dried at 105°C were negligible. Reliability and accuracy of pore size determination are the important factors necessary to correct evaluation of the surface fractal dimension from porosimetric data.

Słowa kluczowe

PL

probki glebowe; wymiar fraktalny; gleby; suszenie; montmorylonit; porowatosc; materialy porowate; metoda porozymetrii rteciowej

• Wydawca: -
• Czasopismo: Zeszyty Problemowe Postępów Nauk Rolniczych
• Rocznik: 1998
• Tom: 461
• Opis fizyczny: s.539-554,rys.,tab.,bibliogr.

Twórcy

autor

Sokolowska Z

• Instytut Agrofizyki im.B.Dobrzanskiego PAN, ul.Doswiadczalna 4, 20-290 Lublin

autor

Sokolowski S

• Zakład Modelowania Procesów Fizykochemicznych, Uniwersytet Marii Skłodowskiej-Curie w Lublinie

Bibliografia

• [1] Alekseeva T.V., Alekseev A.O., Morgun E.G., Józefaciuk G., Hajnos M., Sokołowska Z. 1993. Clay mineralogy and iron state as indicators of soil forming process in typical soils of Lublin upland region. Inter. Agrophys. 7: 69-76.
• [2] Arsova A., Ganev S., Ourumova-Pesheva A., Rodriguez Pascual C., Wierzchoś J, Hajnos M, Józefaciuk G. 1990. Ion exchange properties and composition of clay minerals from represenative Polish soils. Soil Sci. Agrochem. 2: 33-40.
• [3] Bartoli F., Philippy R., Doirisse M., Niquet S., Dubuit M. 1991. Structure and self-similarity in silty and sandy soils: the fractal ap proach. J. Soil Sci. 42: 167-185
• [4] Bartoli F., Philippy R., Burtin G. 1992. Influence of organic matter on aggregation in Oxisols rich in gibbsite or in goethite. I. Structures: the fractal approach. Geoderma 54: 231-257.
• [5] Bathke G.R., Amoozegar A., Cassel D.K. 1991. Description of pore size distribution with mean weighted pore diameter and coefficient of uniformity. Soil Sci. 152: 82-86
• [6] Cary J.W., Hayden W.C. 1973. An index for soil pore size distribution. Geoderma 9: 249-256.
• [7] Friesen W., Mikuła R.J. 1987. Fractal dimensions of coal particles. J. Colloid Interface Sci. 120: 263-271.
• [8] Gardner W.R. 1956. Representation of soil aggregate size distribution by a logarithmic-normal distribution. Soil Sci. Soc. Am. J. 20: 151-153.
• [9] Kennedy J.R., Williams R.W, Gray J.P. 1989. Use of Peldri II (a fluorocarbon solid at room temperature) as an alternative to critical point drying for biological tissues. J. Electron Microsc. Techn. 11: 117-125.
• [10] Klock G.O., Boersma L., Debacker L.W. 1969. Pore size distributions as measured by the mercury intrusuin method and their use in predicting permeability. Proc. Soil Sci. Soc. Am. 33; 12-15.
• [11] Kozak E. 1994. Aspekty metodyczne wyznaczania rozkładu rozmiarów porów i wymiaru fraktalnego materiałów glebowych. Praca doktorska. Instytut Agrofizyki PAN, Lublin: 130 ss.
• [12] Kozak E., Pezda M. 1995. Application of image analysis evaluation of mercury intrusion porosimetry results. Inter. Agrophys. 9: 337-341.
• [13] Kozak E., Stawiński J., Wierzchoś J. 1991. Reliability of mercury intrusion porosimetry results for soils. Soil Sci. 152: 405-413.
• [14] Kozak E., Sokołowska Z., Sokołowski S., Wierzchoś J. 1995. Surface fractal dimension of soil materials from pore size distribution data. I. A comparison of two methods of determination. Polish J. Soil Sci. 28: 77-85.
• [15] Lawrence G.P., Payne D., Greenland D.J. 1979. Pore size distribution in critical point and freeze dried aggregates from clay subsoils. J. Soil Sci. 30, 499-516.
• [16] Luxmore R.J. 1981. Micro-, meso- and macroporosity of soil. Soil Sei Soc. Am. J. 45: 671-672.
• [17] Murphy C.P 1985. Faster methods of liquid - phase acetone replacement of water from soils and sediments prior to resin impregnation. Geoderma 35: 39-45.
• [18] Murray R.S., Quirk J.P. 1980a. Freeze-dried and critical-point-dried clay - a comparison. Soil Sci. Soc. Am. J. 44: 232-234.
• [19] Murray R.S., Quirk J.P. 1980b. The physical swelling of clays. Soil Sci. Soc. Am. J. 46: 865-868.
• [20] Murray R.S., Quirk J.P. 1981. Comments on recent work with critical point dried soils. J. Soil Sci. 32: 161-164.
• [21] Pachepsky Y.A., Polubesova T.A., Hajnos M., Sokołowska Z., Józefaciuk G. 1995. Fractal parameters of porous surface area as influences by simulated soil degradation. Soil Sci. Soc. Am. J. 59: 68-75.
• [22] Perrott K.W. 1977. Freez-drying of soil clays. Geoderma 17: 219-224.
• [23] Pfeifer P. 1984. Fractal dimension as working tool for surface - roudhness problems. Appl. Surf. Sci. 18: 146-164.
• [24] Pfeifer P., Avnir D. 1983. Chemistry in nonintiger dimensions between two and three. I. Fractal theory of heterogeneous surfaces. J. Chem. Phys. 79: 3558-3565.
• [25] Pfeifer P., Obert M. 1989. Fractals: Basic concepts and terminology. W: The fractal approach to heterogeneous chemistry: surface, colloids, polymers. Avnir D. (wyd.), J.Wiley&Sons Ltd. Chichester, NY, Brisbane, Toronto, Singapore: 11-43.
• [26] Pfeifer P., Schmidt P.W. 1988. Reply on Wong and Bray’s Comment „Porod scattering from fractal surfaces”. Phys. Rev. Lett. 60: 1345.
• [27] Spindler H., Kraft M. 1988. Fractal analysis of pores. Catalysis Today 3: 395-400.
• [28] Stoch L. 1974. Minerały ilaste. Wydawnictwa Geologiczne, Warszawa: 503 ss.
• [29] Tarasewicz J.I., Owczarenko F.D. 1975. Adsorbcja na glinistych minerałach. Naukowa Dumka, Kijew: 5-329 ss.
• [30] Thompson M.L., Gubbins K.E., Walton J.P.R.B., Chantry R.A.R., Rowlinson J.S. 1984. A molecular dynamics study of liquid drops. J. Chem Phys. 81: 530-542.
• [31] Walkley A., Black I.A. 1934. An examination of the Degtjareff method for determining soil organic matter and proposed modification of the chromic acid titration method. Soil Sci. 372: 9-38.
• [32] Wierzchoś J. 1989. Analiza fizykochemicznych warunków tworzenia się i trwałości struktury glebowej. Praca doktorska, Instytut Agrofizyki PAN, Lublin: 79 ss.
• [33] Wierzchoś J., Ascano C., Garcia-Gonzalez M.T., Kozak E. 1992. A new method of dehydratation for pure clay materials using Peldri II. Clays Clay Miner. 40: 230-236.