Løsning af mysterierne med vand og luft under jorden

Stå udenfor og se under dine fødder. der, måske under noget græs, er jorden. På en tør dag, alle rum i jorden er fyldt med luft. Og et stykke længere nede, disse rum er udelukkende vand. Så hvad er der imellem?

Det er kapillærkanten. Og det er måske bare det vigtigste - og mystiske - du aldrig har hørt om.

Som et papirhåndklæde, der suger vand op fra en overflade, vand stiger over sit naturlige niveau i jord gennem kapillærvirkning. Meget kemisk og mikrobiel aktivitet i jorden varierer baseret på, hvor meget vand eller luft der er omkring. Så, kapillærkanten styrer mange vigtige funktioner i jorden.

"Vigtige processer som nedbrydning af forurenende stoffer og kulstoflagring afhænger af mængden af ​​tilgængeligt vand og ilt, " siger Jaclyn Fiola, nu kandidatstuderende ved Virginia Tech. "Forståelse af forholdene i kapillærbrynene vil hjælpe os med at forudsige, hvor visse jordprocesser vil forekomme."

Fiola og hendes team satte sig for bedre at forstå denne mærkelige region. Men det er ikke nogen let bedrift. Med hele udkanten under jorden, det er usynligt. Og selv videnskabsmænd har svært ved at blive enige om, hvor udkanten begynder og ender. Det er her, laboratorieeksperimenter kommer til nytte.

Holdet samlede to slags jord, en sandet og en leret. Forskerne pakkede denne jord i fem-liters spande med huller nær bunden for at tillade vand at komme ind.

For at spore de vigtigste begivenheder i kapillærkanten, Fiola vendte sig til smarte simple systemer. For at undersøge, hvor meget ilt der var i jorden, forskerne malede PVC-rør med rustindstøbt maling. De indsatte disse rør i jorden.

Hvor der ikke var nok ilt, mikrober ville "ånde" rust i stedet for. Det ville gøre rusten til en anden form for jern, som skyller væk. Ved at måle hvor meget rust der var tilbage, holdet kunne få et glimt under jorden.

Forskerne var overraskede over at opdage, at vandet steg i hele højden af ​​spandene i begge typer jord. Det betyder, at kapillærkanten er forlænget mindst 9 tommer, mere end de havde forventet.

De var også overraskede over, at PVC-rørene havde mistet deres rust et godt stykke over vandspejlet. "Dette betyder, at jorden i kapillærkanten mindst 2 tommer over grundvandsspejlet opfører sig som jord i grundvandsspejlet, selvom den ikke er helt mættet, siger Fiola.

"Baseret på resultaterne, jorden direkte over grundvandsspejlet opfører sig meget som den mættede jord i grundvandsspejlet, siger Fiola.

Vådområder defineres af regeringen som jord, der er mættet nær overfladen. Men hvis jorde virker som om de er mættede selv over vandspejlet, det betyder, at flere områder kan fungere som vådområder og fortjener beskyttelse.

Forskere ønskede også bedre at forstå, hvordan vand og luft i kapillærkanten kan påvirke andre jordprocesser. For at spore nedbrydning, de stak træpinde ind i jorden. Forskere fandt ud af, at mikrober, der spiste træpindene, var finnickede.

"Vores resultater tyder på, at de mikrober, der udfører nedbrydning, kræver ideelle forhold - ikke for våde og ikke for tørre, " siger Fiola. Træet var mest ædt væk midt i spandene, hvor det var fugtigt.

"Kapillærkanten er alt for kompliceret at definere baseret på en enkelt måling, " siger Fiola. Selvom hendes team målte mange forskellige aspekter af kanten, disse målinger stemte ikke altid overens med hinanden.

Jord er kompleks, især uden for laboratoriet. Så nu planlægger forskerne at studere kapillærbrynene under mere realistiske forhold og i felten.

Det fremtidige arbejde kan måske give os en bedre forståelse af – og påskønnelse af – det uklare, kompleks, og vitale mellemrum under vores fødder.