Пов'язану воду, в свою чергу, ділять на хімічно та фізично пов'язану.
Хімічно зв'язана вода входить до складу деяких мінералів і включає конституційну і кристаллизационную воду (і ту і іншу називають також кристаллогидратной). Ця вода входить до складу твердої фази грунтів і не є самостійною фізичною фазою. Вона не пересувається в грунті і не має властивостей розчинника. Конституційна вода представлена групою ОН в таких з'єднаннях як Fe (OH) 3. Al (OH) 3. а також в ОН-групою в органічних сполуках. Кристаллизационная вода представлена молекулами Н2 О в кристалогідратів, наприклад в гіпсі: CaSO4 · 2H2 O, Мірабіліт: Na2 SO4 · 2H2 O. Хімічно пов'язану воду можна видалити лише шляхом нагрівання, а деякі форми (конституційну воду) - тільки прокаливанием мінералів. В результаті видалення хімічно зв'язаної води властивості мінералів змінюються настільки, що можна говорити про перехід їх в інше з'єднання.
Здатність утримувати фізично зв'язану воду залежить не тільки від розміру частинок. Певний вплив надає форма частинок і їх хіміко-мінералогічний склад. Підвищену здатність утримувати фізично зв'язану воду мають перегній і торф.
Всі молекули, сорбированной води знаходяться в строго орієнтованому положенні. Міцність зв'язків найбільша у поверхні ґрунтових частинок. Наступні шари молекул води частка утримує з усе меншою силою. У міру віддалення молекул води від поверхні грунтової частинки сили тяжіння поступово слабшають і вода переходить у вільний стан.
Залежно від міцності сорбційних зв'язків фізично зв'язану воду підрозділяють на прочносвязанная (або гігроскопічна) і рихлосвязанной (плівкову).
Прочносвязанная вода - це вода сорбированная грунтом з пароподібного стану. Властивість грунтів сорбировать воду названо гигроскопичностью грунтів. Перші шари молекул води, тобто гигроскопическую воду, частки грунту утримують силами, створюють тиск близько 2 х 10 9 Па. Перебуваючи під таким великим тиском, молекули прочносвязанной води сильно зближені, що змінює багато властивостей води. Вона набуває деякі якості твердого тіла: її щільність досягає 1,5 - 1,8 г / см 3; вона не розчиняє електроліти; на не замерзає; неї більш висока в'язкість, ніж у звичайної води і вона не доступна рослинам. Кількість водяної пари, сорбованої грунтом залежить від вологості повітря. Максимальної гигроскопической водою (МГ) вважають граничну кількість води, яке може бути поглинена грунтом з пароподібного стану при відносній вологості повітря 94 - 98%, при цьому товщина сорбированной плівки досягає 3-4 шарів молекул води. У грунтах мінеральних МГ коливається в межах 0,5 - 1%, в слабо гумусірованние пісках і супісках - до 15-16%, в сильно гумусірованние суглинках, глинах і в торфу може досягати 30-50%.
Гігроскопічна волога не здатна пересуватися (рис. 2). Для расті-ний вона недоступна, повністю видаляється при висушуванні поч-ви протягом декількох годин при температурі 100-105 ° С.
Рихлосвязанная (або плівкова) вода - це вода, яка утримується в грунті сорбційними силами понад МГ. Грунт утримує її з меншою силою і її властивості не так різко відрізняються від звичайних властивостей води. Проте, сила тяжіння ще досить велика, і забезпечує тиск порядку (10 ÷ 14) · 10 5 Па. Рихлосвязанная вода також розподілена у вигляді плівки, однак товщина її може досягати кілька десятків або сотень ефективних діаметрів молекул води. Рихлосвязанная вода займає за своїми властивостями проміжне положення між гигроскопической і вільною водою. Вона може пересуватися від грунтових частинок з більш товстими водяними плівками до частинкам, у яких вона тонше зі швидкістю кілька сантиметрів на рік. Її кількість також залежить від типу грунтів (в песчаних- 3-5%, в глинистих може досягати 30-35%). Периферичні молекули води в пухкому шарі доступні рослинам.
Вільна вода. Вільна вода - це вода, яка міститься в грунті понад рихлосвязанной і не пов'язана сорбційними силами з грунтовими частинками. У молекул вільної води немає суворої орієнтування щодо часток грунту. Розрізняють дві форми вільної води в грунті - капілярну і гравітаційну.
Капілярна вода утримується в ґрунтових порах малого діаметра - капілярах, під впливом капілярних або меніскових сил.
Виникнення цих сил обумовлюються лено наступними явищами. Стан поверхневого шару рідини за своїми властивостями відрізняється від її внутрішнього стану. Якщо на кожну молекулу води всередині рідини рівномірно діють сили тяжіння і відштовхування з боку оточуючих молекул, то молекули, що знаходяться в поверхневому шарі рідини, відчувають одностороннє, спрямоване вниз тяжіння толь-ко з боку молекул, що лежать нижче поверхні розділу вода - повітря. Сили, що діють поза рідини, відносно малі і ними можна знехтувати. Таким чином, поверхневі молекули рідини знаходяться під дією сил, що прагнуть втягнути їх всередину рідини. З цієї причини поверхня будь-якої рідини прагне до скорочення. Наявність у поверхневих мо-лекул рідини, ненасичених, невикористаних сил зчеплення є джерелом надлишкової поверхневої енергії, яка також прагне до зменшення. Це тягне за собою утворення на поверхні рідини як би плівки, яка володіє поверхневий натяг, або поверхневим тиском (тиском Лапласа), яке представляє собою різницю між-ду атмосферним тиском і тиском всередині рідини (рис. 4)
Малюнок 4. Поверхневий натяг
Значення поверхневого натягу залежить від форми по-поверхні рідини і радіусу капіляра. Поверхневе давши-ня, що розвивається під плоскою поверхнею рідини, називається нормальним. Для води вона дорівнює 1,07 х 10 9 Па. Дав-ня зменшується, якщо поверхня рідини увігнута (рис. 5), і збіль-личивается, в разі поверхні опуклою.
Викривлення поверхні рідини веде до появи в ній додаткового капілярного тиску # 916; p.В елічіна цього тиску пов'язана із середнім радіусом кривизни R поверхні рівнянням Лапласа:
де (# 963; 12 - поверхневий натяг рідини на кордоні двох середовищ, для води воно становить 75,6 · 10 -3 Н / м при 0 о С); p1 і p2 - тиск в рідині 1 і контактує з нею середовищі 2.
Малюнок 5. Прояв капілярних сил.
Чим менше діаметр пори, тим більше капілярний тиск і рідина може вище піднятися. У грунтах меніскові (капілярні) сили починають проявлятися при діаметрі пір менше 8 мм, але особливо велика їх сила в порах з діаметром 100 - 3 мкм. Система пір в грунті дуже складна, і пори мають різні діаметри, тому утворюються меніски з різними радіусами кривизни, які забезпечують різний поверхневий тиск. З цим тиском пов'язують здатність ґрунтів утримувати певну кількість вологи і підйом води в капілярних порах.
Залежно від характеру зволоження грунту розрізняють капілярно-підвішену, капілярно-посаджену і капілярно-підперту і воду.
Капілярно-підвішена вода заповнює капілярні пори при зволоженні грунту зверху (пори дощі, поливі). При цьому під зволоженим шаром знаходиться сухий шар грунту. Вода увлажненного шару як би «зависає» над сухим шаром грунту. У природних умовах в розподілі капілярно-подве-шенной води за профілем грунтів завжди спостерігається поступове зменшення вологості з глибиною. Підвішена вода утримується в ґрунтах досить міцно, але до певної межі, обумовленого різницею тиску-ний, створюваної в меніска верхньої і нижньої поверхонь водного шару. Якщо ця межа різниці тисків перевищено, починається стікання води. Капілярно-підвішена вода може пересуватися як в низхідному напрямку, так і вгору, в напрямку випаровується поверхні. Це рух припиняється, коли капіляри через нестачу води розриваються. Вологість, при якій це відбувається, називається вологістю розриву капілярів (ВРК). При активному зрост-дящем русі води в грунтах поблизу поверхні відбувається накопичення речовин, що містяться в розчиненому вигляді в поч-венном розчині. Засолення грунтів в поверхневих горизонтах зобов'язане багато в чому цього явища. Відбувається це в тому слу-чаї, якщо в грунтах в межах промачівают з поверхні є горизонт скупчення легкораство-рімих солей або якщо полив грунтів здійснюва-ляется мінералізованими водами.
У суглинних грунтах кількість капіляр-но-підвішеній води і глибина промачивания грунту за рахунок цієї форми води можуть досягати значних величин.
Однією з різновидів капілярно-підвішеній води, зустрічається головним чином в піщаних грунтах, є вода стикова капілярно-підвішена (рис. 20). Виникнення її в грунтах легкого механічного складу зобов'язана тому, що в цих грунтах переважають пори, розмір яких перевищує розмір капілярів. В даному випадку вода присутня в ґрунтах у вигляді роз'єднаних скупчень в місцях зіткнення - сти-ка - твердих частинок в формі двояковогнутих лінз ( «манжети»), утримуваних капілярними силами (рис. 6).
Малюнок 6. Стикова капілярно-підвішена вода.
Підпертий-підвішена капілярна водаоб-разуется в шаруватої грунтово-грунтової товщі, в дрібнозернистому шарі при подстіланіі його шаром більше грубозернистим, над кордоном зміни цих шарів. В шаруватої товщі через зміну розмірів капілярів на поверхні розділу тонко і грубодисперсних горизонтів виникають додаткові нижні меніски, що сприяє утриманню деякої кількості капілярної води, яка як би «посаджена» на ці меніски.
Тому в шаруватої товщі розподіл капілярної води має свої особливості. Так, на кордоні шарів різного гранулометричного складу спостерігається підвищення влажнос-ти, в той час як в однорідних грунтах вологість одно-мірно убуває або вниз за профілем (при капілярно-подве-шенной воді), або вгору за профілем (при капілярно-подпер- тій воді). Вологість шаруватої грунтово-грунтової товщі при інших рівних умовах завжди вища за вологість товщі одно-рідною.
Капілярна вода по фізичному стану рідка. Вона дуже рухлива, здатна забезпечити поповнення запасів води в поверхневому горизонті грунту при інтенсивному споживанні її рослинами або при випаровуванні, вільно розчиняє речовини і переміщує розчинні солі, колоїди, тонкі суспензії.
Гравітаційна вода - це вільна вода, яка не утримується сорбційними силами і капілярами і пересувається вниз під впливом сили тяжіння.
Для неї характерні рідкий стан, висока растворяющая здатність і можливість переносити в розчиненому стані солі, колоїдні розчини і тонкі суспензії. Гравітаційну воду ділять на просочується гравітаційну і воду водоносних горизонтів (підперта гра-вітаціонная вода).
Просочується гравітаційна вода пересувається по по-рам і тріщинах ґрунту зверху вниз. Поява її пов'язано з накопиченням в грунті води, що перевищує утримуючу силу менісків в капілярах. Гравітаційна вода не тільки викликає винос або горизонтальну міграцію хімічних елементів, але і може обумовлювати недолік кисню в грунті.
Вода водоносних горизонтів - це грунтові, грунтово-грунтові та грунтові води (ґрунтова верховодка), насичують грунтово-грунтову товщу до стану, коли все пори і про-проміжки в грунті заповнені водою (за винятком пір з защеміло-ленним повітрям). Ці води можуть бути або застійними, або стікають в напрямку ухилу водотривкому горизонту. Утримуються вони в грунті і грунті внаслідок малої водопроникності подстіла-гавкають грунтів.
Присутність значної кількості вільної гравітаційної-ної води в грунті - явище несприятливе, свідченням-ющее про тимчасове або постійне надмірному зволоженні, що сприяє створенню в грунтах анаеробної обстановки і роз-витку глеевого процесу.
Диференціюючи міститься в грунті воду на різні форми необхідно усвідомлювати, що це розділення вельми умовно, оскільки вода знаходиться під впливом декількох сил одночасно (рис. 7). Доступність різних форм води для рослин представлена на рис. 8
Малюнок 6. Форми води в грунті. 1 - частка ґрунту; 2 - гравітаційна вода; 3 - гігроскопічна вода; 4 - грунтовий повітря; 5 - плівкова вода; 6 - зона відкритою капілярної води; 7- 8зона капілярної води; 9 - рівень ґрунтових вод; 10 - грунтові води.
Малюнок 8. Доступність для рослин різних форм води