Процеси нагрівання і охолодження ґрунту

РОЗДІЛ 4. ТЕПЛОВИЙ РЕЖИМ ПОВІТРЯ ТА ҐРУНТУ

Сонячна радіація, пройшовши крізь атмосферу, досягає земної поверхні і тут частково (крім відбитої) поглинається, перетворюючись при цьому здебільшого в тепло. Частина цього тепла витрачається на нагрівання приземного шару повітря, рослин, випаровування води з ґрунту і рослинами, а частина — на нагрівання ґрунту.

Температурний режим земної поверхні залежить від надходження сонячної радіації, величини альбедо й ефективного випромінювання. При цьому верхні шари ґрунту нагріваються, коли радіаційний баланс має додатні значення, і охолоджуються при від'ємних його величинах. В останньому випадку до поверхні ґрунту надходить тепло з глибших його шарів.

Ступінь нагрівання ґрунту залежить від його теплоємності, теплопровідності, а верхнього шару — ще й від випромінювання.

Для характеристики теплоємності ґрунту застосовують дві величини: масову і об'ємну теплоємність. Під масовою (питомою) теплоємністю розуміють кількість теплоти, яка потрібна для нагрівання 1 г ґрунту на 1°С. Об'ємна теплоємність — кількість тепла, що витрачається на нагрівання 1 см³ ґрунту на 1°С.

Питома теплоємність ґрунтів змінюється залежно від вологості і щільності ґрунту. Об'ємна теплоємність для основних ґрунтів нашої країни вдвоє менша теплоємності води і у 1800 разів більша, ніж теплоємність повітря. У зв'язку з цим при однаковій напрузі сонячної радіації вологі ґрунти повільніше нагріваються і повільніше охолоджуються, а сухі, навпаки, швидко нагріваються і швидко охолоджуються.

Надходження тепла вглиб ґрунту залежить насамперед від його теплопровідності — здатності ґрунту передавати тепло від більш нагрітих до менш нагрітих шарів. Теплопровідність визначають кількістю тепла, яка при різниці температури в 1°С проходить за 1 с через шар ґрунту площею 1 см² і товщиною 1 см. Коефіцієнт теплопровідності ґрунту залежить переважно від вологості, меншою мірою від щільності, механічного складу й температури ґрунту.

Сухі ґрунти мають знижену теплопровідність. При замерзанні ґрунту його теплопровідність збільшується, оскільки лід має вищу теплопровідність, ніж вода. Розпушування ґрунту, яке збільшує кількість повітря, зменшує теплопровідність, і все тепло нагромаджується у верхніх шарах.

Процес поширення температури в ґрунті називають температуропровідністю. Його характеризують коефіцієнтом температуропровідності (К), який показує швидкість прогрівання і охолодження ґрунту. У зв'язку з тим, що температуропровідність повітря значно більша від температуропровідності води, при збільшенні вологості ґрунту температуропровідність зменшується.

Прогрівання ґрунту залежить також від його відбивної здатності (альбедо) та випромінювальної його здатності. Чим вони вищі, тим менше нагрівається грунт.

Вплив природних факторів на температуру ґрунту. На термічний режим ґрунту, крім сонячної радіації, найбільше впливають рельєф, тип і склад ґрунту, рослинний і сніговий покриви.

Рельєф. Більше тепла дістають південні схили, потім — східні та західні і найменше — північні, оскільки інтенсивність сонячної радіації змінюється у тому ж напрямку.

Існує правило, встановлене О. І. Воєйковим, згідно з яким нагрівання вдень та охолодження вночі найбільші для увігнутих форм рельєфу (долин) і найменші для випуклих форм (підвищень), що пов'язано з інтенсивністю перемішування повітря.

Гребенева поверхня ґрунту вдень значно тепліша, ніж рівна, а вночі холодніша внаслідок більшої площі випромінювання.

Тип і склад ґрунту. Навесні глинясті ґрунти холодніші, ніж піщані, а восени — навпаки. Торфові ґрунти навесні холодніші, ніж мінеральні, що зумовлено не тільки поганою теплопровідністю, а й більшими витратами тепла на випаровування. Найхолодніші з ґрунтів болотні, оскільки моховий покрив мало пропускає тепла.

Рослинний покрив (у т.ч. лісова рослинність) затінює поверхню ґрунту від сонячної радіації вдень, затримує тепло вночі, висушує грунт внаслідок транспірації, витрат тепла на створення рослинних тканин та утруднює турбулентне перемішування повітря, тим самим зменшує амплітудні коливання температури поверхні ґрунту.

Сніговий покрив захищає грунт і зимуючі під ним рослини від сильного охолодження, оскільки сніг – поганий провідник тепла.

Дата добавления: 2014-01-04