Moisture regime in near sub-surface of porous rocks: measurement and visualization

Abstract

Moisture regime in near sub-surface of porous rocks: measurement and visualization Doctoral thesis Tomáš Weiss Charles University, Faculty of Science Abstract The near-subsurface of porous rocks plays a critical role in hydrological, physical, and chemical interactions between the atmosphere and the lithosphere. Hydrologically, the area can be conceptually divided into two zones: the dry surface layer and a deeper zone with capillary water, separated by the so-called evaporation front between the zones. Since salts tend to crystallize at the evaporation front, knowledge of its depth is important for understanding weathering processes. However, measuring the depth of the front is difficult, as differences in water content above and below the front are too low to measure by most methods. This thesis presents new methods for studying the evaporation front and tests them in a variety of lithologies and climates. Na-fluorescein dye was used for visualization of the front either as a direct application to the material in the form of solution or powder or as a part of a moisture probe on which the dye dissolves in the capillary zone. This moisture probe (named uranine- probe) was successfully tested and used in a range of porous rock types, from sandstone and limestone to rhyolite, building materials, and soil;...

Vlhkostní režim v přípovrchové zóně porézních hornin: měření a vizualizace Disertační práce Tomáš Weiss Univerzita Karlova, Přírodovědecká fakulta Abstrakt Přípovrchová zóna porézních hornin hraje zásadní roli v hydrologických, fyzikálních a chemických interakcích mezi atmosférou a litosférou. Hydrologicky lze tuto zónu koncepčně rozdělit na dvě části: suchou vrstvu u povrchu a hlubší část s přítomností kapilární vody. Obě části jsou pak od sebe odděleny tzv. výparovou frontou. Protože soli mají na výparové frontě tendenci krystalizovat, tak znalost její hloubky je důležitá pro pochopení zvětrávacích procesů. Měření hloubky výparové fronty je však obtížné, protože rozdíly ve vlhkosti horniny nad a pod frontou jsou tak nízké, že většinou metod je není možné změřit. Tato disertační práce představuje nové metody pro studium výparové fronty a testuje je v řadě litologií a podnebí. Pro vizualizaci fronty bylo použito barvivo Na-fluorescein buď formou roztoku nebo prášku, který byl přímo aplikován na materiál nebo přímo do něho. Na-fluorescein byl také použit jako součást vyvinuté vlhkostní sondy, která umožňuje rozpouštění barviva v části s kapilární vodou. Tato vlhkostní sonda (pojmenovaná jako uranine-probe) byla úspěšně testována a použita v řadě typů porézních hornin od pískovce a vápence po ryolit, stavební...