تخلخل خاک

یکی از پارامترهایی که همواره برای بسیاری از افراد به ویژه زمین شناسان و مهندسان سازه مورد توجه بوده است، پوکی یا تخلخل خاک است. تخلخل خاک برای دست يابی به مولفه­ های مهم دیگر هنگام بسیاری از فعالیت­‌هایی که با زمین مرتبط است، حائز اهمیت است. به همین دلیل مطالعه تخلخل خاک و درک این پدیده، چگونگی ایجاد آن، انواع آن و عوامل موثر در ایجاد آن اهمیت بسیاری دارد. در این مقاله به اینکه تخلخل خاک چیست و چگونه باید آن را اندازه گرفت، می­پردازیم؛ با ما تا انتهای این مطلب آرمیکو همراه باشید.

تخلخل خاک چیست؟

به فضای خالی ایجاد شده بين ذرات خاک كه درون آن ­فضا هوا، گاز یا آب وجود دارد؛ تخلخل خاک می‌­گویند. اینکه تخلخل خاک چقدر باشد، به ساختار آن خاک بستگی دارد. عواملی مانند بافت خاک، استحکام ساختار، عمليات زراعی و شرايط محيطی بر روی ساختار خاک تاثیر می­گذارند. پس این عوامل به طور غیر مستقیم، تعیین کننده میزان تخلخل خاک هستند.

محاسبه درصد انواع تخلخل خاک

میزان تخلخل انواع خاک تحت شرایط مختلف، متفاوت است. این میزان به شدت تراکم خاک بستگی دارد. هرچه خاک متراکم‌­تر باشد، درصد تخلخل آن کمتر است. محاسبه درصد تخلخل برای به دست آوردن میزان خلل و فرج خاک بسیار مهم است. به طور معمول میزان تخلخل خاک در زمین­های زراعی در حدود 35 تا 55% است. به ندرت ممکن است خاک­های زراعی تخلخلی كمتر یا بيشتر از اين دو مقدار، داشته باشند.

اگر تخلخل خاک زمین­ها كمتر از 35% باشد، می­تواند مشکلات بسیاری از نظر تهويه، استحکام خاک، نفوذ پذيری، ظرفيت نگهداری خاک و میزان نفوذ ريشه ايجاد كند. اگر تخلخل خاک بيشتر از60% باشد، نیز مشکلات خاص خود را ایجاد می­کند. به همین دلیل این پدیده به ندرت درخاک­های زراعی به چشم می­خورد. اگر نسبت بین خلل و فرج و ذرات خاک مساوی و در حدود 50 درصد باشد، تخلخل مطلوب نام می­گیرد.

فرمول محاسبه درصد تخلخل خاک

برای محاسبه تخلخل خاک، حجم حفره­ها و فضای خالی موجود در خاک را به حجم کلی خاک تقسیم می­کنند. عدد به دست آمده، عددی بین صفر تا یک است که با ضرب کردن آن در ۱۰۰ می‌توان درصد تخلخل خاک را به دست آورد. برای محاسبه درصد تخلخل خاک باید مطابق فرمول زیر عمل کرد.

Vv: حجم فضای خالی (حاوی سیالی مانند گاز، آب و…)

Vt: حجم کل ماده (جمع فضای جامد و توخالی خاک)

ф: درصد تخلخل خاک

ф=Vv÷Vt

مطلب پیشنهادی: آزمایش خاک

کاربرد تخلخل خاک

محاسبه تخلخل خاک يا پوکی آن، در حوزه زمين شناسي نظیر زمين شناسی نفت، آب­های زيرزمينی، مهندسي زمین شناسی و ژئوتکنيک، دارای اهمیت بسیاری است. همچنین درجه تخلخل خاک و نسبت اندازه فضای خالی بين ذرات خاک، در زمین­های زراعی بسیار مهم است، زیرا در هنگام آبياری مزرعه هرچه تخلخل خاک بیشتر باشد، آب بیشتری جذب زمین و خلل و فرج خاک می­شود و این امر در رشد گياه بسيار تاثیرگذار است.

این درحالی است که اگر خلل و فرج کوچک­تر باشند، به دلیل نيروی موئينه­ای، آب جذب خلل و فرج نشده و توسط ریشه گیاهان مصرف می­شود. به طور کلی هرچه خلل وفرج درشت­تر باشد، نیروی گرانش موجب نفوذ آب تا عمق زمین می­شود و هوا جای آب را می­گیرد. از آنجایی که ریشه گیاهان به میزان مناسبی آب و هوا نیاز دارند؛ میزان کلی تخلخل خاک و درشتی خلل و فرج خاک در تنفس، تغذیه و رشد گیاه بسيار مهم است.

به علاوه میزان تخلخل خاک در حرکت آبهای زيرزمينی بسیار تاثیرگذار است. در مورد فعالیت­های مهندسی نیز اگر تخلخل خاک زیاد باشد، منجر به بروز مشکل در کارهای مهندسی شده و نوعی عامل مزاحم تلقی می­شود. اهمیت این موضوع در حدی است که در سد لار، همین مسئله موجب بلااستفاده ماندن سد شده و نمی­توان از آن برای آبگیری استفاده کرد.

به طور کلی ساختار خاک از مواد معدنی و آلی تشکیل شده و این مواد از تجزيه و تخريب سنگ‌ها در اثر هوازدگی به وجود آمده­اند. همچنین باید دقت داشته باشید که نوع و ساختار خاک بر اساس شرایط محیطی متفاوت است. بنابراین درصد تخلخل خاک در هر منطقه در میزان آبی که خاک می­تواند به خود جذب کند، تاثیرگذار است. این امر از نظر راه­سازی، کشاورزی، ساختمان­سازی و … اهمیت بسیاری دارد. هرچه ذرات خاک ریزتر باشند و تخلخل خاک بیشتر باشد؛ آب بیشتری جذب خاک شده و در نتیجه خاک برای ساخت و ساز مناسب نخواهد بود.

به طور کلی هرچه خاک دارای تخلخل متوسطی باشد و از نسبت برابر دانه‌­های ریز و درشت تشکیل شده باشد، مناسب­تر است. نحوه تشکیل خاک و چگونگی ذرات تشکیل دهنده آن به گذشت زمان، آب و هوا، شرایط محیطی، مقاومت سنگ اولیه، فعالیت موجودات زنده و توپوگرافی ناحیه بستگی دارد.

مطلب پیشنهادی: آزمایش درصد رطوبت خاک

آزمایش تعیین نسبت تخلخل خاک

از طریق آزمایش زیر می­توان میزان تخلخل خاک و تاثیر ساختار خاک در به وجود آمدن تخلخل را بررسی کرد.

هدف از این آزمایش این است که با تعیین درجه تخلخل خاک، مشخص شود حرکت سیالات در کدام خاک با سرعت بیشتری انجام می­شود و در کدام خاک آهسته‌­تر صورت می­گیرد. همچنین از نظر زهکشی و تهویه کدام خاک بهتر است. کدام خاک از جذب آب کمتری برخوردار است و کدام نوع خاک از نظر حاصلخیزی برای رشد گیاهان مناسب­تر است.

برای تعیین تخلخل خاک نیاز به یک استوانه با حجم 100 میلی ­لیتر داریم و باید درون آن تا 50 میلی لیتر آب بریزیم .سپس یک استوانه دیگر که دارای حجم 50 میلی­ لیتر خاک است، برداشته و خاک را آرام آرام به استوانه آب اضافه می­کنیم.

پس از ریخته شدن خاک داخل آب، با یک همزن مخلوط را هم می­زنیم. اگر خاک، داخل استوانه آب ته نشین شد؛ دوباره آن را هم زده و به مدت 15-10 دقیقه مکث می­کنیم. سپس به استوانه نگاه کرده و عددی که سطح مخلوط آب و خاک تا آن قسمت ظرف، بالا آمده می­خوانیم. پس از آن از طریق زیر می­توان درصد تخلخل را به دست آورد.

مطلب پیشنهادی: یکی دیگر از آزمایش‌های خاک که از اهمیت بالایی برخوردار است، آزمایش نفوذ استاندارد خاک است و با مراجعه به صفحه مربوطه، می‌توانید اطلاعات مفیدی از این تست به دست آورید.

جمع بندی

خاک­ها دارای فضای خالی و خلل و فرج هستند که به آن تخلخل خاک گفته می­شود. این فضاهای خالی با گاز، هوا و سیالات پر می­شود. بررسی میزان تخلخل خاک از نظر زمین­شناسی بسیار مهم است و در بسیاری از فعالیت­ها نظیر کشاورزی، ساخت و ساز و … باید ابتدا درصد تخلخل خاک محاسبه شود. به طور کلی اگر درصد تخلخل زیاد باشد، خاک برای کاربرد کشاورزی، کارهای مهندسی و… مناسب نخواهد بود. با تقسیم حجم فضاهای خالی موجود در خاک به حجم کل خاک می­توان میزان تخلخل خاک را به دست آورده و با ضرب این عدد در 100، درصد تخلخل را محاسبه کرد. درصد تخلخل خاک هر منطقه نسبت به تراکم خاک، ساختار آن، شرایط محیطی و… متفاوت خواهد بود.

سوالات متداول