Fig. 1. De abstrakta gränssnittsmodellerna mellan fas A och fas B. a:den skarpa Gibbs-gränssnittsmodellen; b:den enhetliga gränssnittsmodellen; c:modellen med diffusa gränssnitt. h är gränssnittets tjocklek. Φ är orderparametern i gränssnittet, som är en funktion av plats h. Kredit:ZHANG Lianhai
Tillståndsvariationen och fasövergången för ojämnt vatten i jordar spelar en viktig roll i hydrotermisk processsimulering i kalla regioner, bildning och nedbrytning av hydrater, utforska vatten och is i månen, och andra förändrade frågor relaterade till vattenhaltiga gränssnitt.
Nyligen, karakteriseringen av markvattentillståndet blev alltmer fokuserad på markvetenskapen, men det finns fortfarande dålig förståelse i dess olikformiga natur.
Forskare från Northwest Institute of Eco-Environment and Resources vid den kinesiska vetenskapsakademin (CAS) försökte nyligen föreslå ett teoretiskt ramverk för att ytterligare karakterisera den olikformiga naturen hos markvattnet och dess fasövergångsdynamik.
De introducerade statiska och dynamiska teorimetoder för olikformigt vatten baserade på en diffus gränssnittsmodell för att analysera olikformig vattentillståndsdynamik och vattendensitet och porvattentrycket.
Resultatet klargör begreppen porvattentillstånd, porvattentryck och matrisk potential i klassisk jordmekanik.
Forskarna föreslog också att fasövergångsteorin för ojämnt vatten föreslogs och fann att den generaliserade Clausius-Clapeyron-ekvationen (GCCE) överensstämmer med Clapeyrons ekvation i naturen.
Vidare, de visade att rumsligt olikformigt gränssnittsvatten och dess fasövergång har en konkurrensfördel för nyckelfrågor som rumsligt olikformig mark-vattentäthet, frågor om GCCE, trycksmältning, främjande effekt av substrat på hydratbildning och andra.
Fig. 2. Det schematiska diagrammet över två olika fasövergångslägen. Den blå cellen och den tomma cellen presenterar fasövergångsvolymutrymmet (PWSwPT) och resten av porvattnet oassocierat med men påverkat av fasövergång (PWSaPT), respektive. Cellstorleken anger porvattenvolymen associerad med relevant process. I Clapeyron-läget, den specifika volymen vatten är mindre än isen på grund av konstant massa (Mi =Mw) och ändrad volym (Vw
Dessa resultat belyser substrat-vattenenhetens roll i markvetenskap och ger en teoretisk grund för ingenjörs- och miljövetenskaper i förhållande till frusen jord.
Relevanta resultat har publicerats i Framsteg inom kolloid- och gränssnittsvetenskap , titeln "Spatial state distribution and phase transition of ununiform water in soils:Impplications for engineering and environment sciences."
