Тепловой режим почвы
Тепловой режим играет исключительно большую роль в жизни почвы.
Основным источником тепла являются солнечные лучи. Другие источники — внутреннее тепло планеты, тепло, получаемое при химических и биохимических реакциях, весьма незначительны и в расчет не принимаются. Тепловой эффект радиоактивных реакций пока не исследован.
Как известно, поверхность земли поглощает тепло, излучаемое солнцем в воздушное пространство. Окружающие слои воздуха предохраняют землю от охлаждения и вообще оказывают большое влияние на ее тепловой режим. Чем прозрачней воздух, чем меньше содержит он водяных паров, тем меньше задерживается тепла, излучаемого землей.
Поверхность земли нагревается солнцем неравномерно. Наибольший нагрев ее в экваториальной части и наименьший на полюсах. Поглощение тепла обусловлено не только географической зональностью, но и качественным составом, окраской почвы. Темноокрашенные почвы поглощают больше тепла, чем почвы светлые, серые и белесые. Черноземы, например, поглощают 86%, серая почва — 80%, а белесая — всего 20% лучистой энергии солнца.
Теплоемкость почв тоже различна. Она зависит от разных причин. Наибольшее значение имеет влажность, так как вода обладает большей теплоемкостью, чем твердые частицы почвы. Сухие почвы нагреваются быстрее, чем влажные. От влажности зависит и теплопроводность. Сухие почвы медленней проводят тепло, чем влажные.
Поверхность почвы нагревается днем и охлаждается ночью. Это создает суточную смену колебаний нагрева почвы. Наибольший размах этих колебаний бывает в летние месяцы и особенно в местах с резко континентальным климатом.
От чередования нагрева и охлаждения создаются в почве тепловые волны. Последние наиболее резко выражены в поверхностных горизонтах, с глубиной они постепенно сглаживаются и исчезают на расстоянии около одного метра от поверхности. Глубже температура почвы остается относительно постоянной.
Кроме суточных колебаний, существуют и годовые термические колебания. Глубина промерзания почвы зависит от зональности и климатических особенностей местности. Существуют зоны, где почва не оттаивает летом или оттаивает только с поверхности на небольшую глубину. Это зоны вечной мерзлоты. На температурный режим почвы оказывает большое влияние снежный покров. Он предохраняет почву от зимнего промерзания. В лесу почва промерзает меньше, чем на полях. Растительный покров уменьшает скорость нагревания в летнее время и степень охлаждения зимой. Точно так же он смягчает резкость суточных колебаний температуры в летнее время.
Замерзание почвы в зимние месяцы оказывает определенное влияние на биологические процессы. Известно, что микроорганизмы легко переносят низкую температуру. Зимние морозы в 20—30° и более не отражаются на их жизнедеятельности. Многие виды переносят температуру жидкого воздуха. В наших опытах азотобактер и клубеньковые бактерии сохраняли жизнедеятельность после месячного содержания их при температуре 180° ниже нуля.
Имеются данные о повышении активности микроорганизмов под влиянием зимних морозов. Азотобактер, например, после 3-недельного пребывания в замороженном состоянии (-15 — -20°) развивается и размножается быстрее, клубеньковые бактерии становятся более активными и вирулентными, дрожжи сильней сбраживают сахара и т. д. По-видимому, этим и объясняется бурный подъем биологических процессов в почве в весенние месяцы.
Весенние подъемы активности микробов иногда отмечаются даже и в тех случаях, когда они находятся в лабораторных условиях, в чистых культурах. Очевидно, периодичность смены зимних и летних температур сказывается на наследственных свойствах, закрепляется более или менее прочно и передается некоторое время последующим поколениям. Такой подъем жизнедеятельности мы наблюдали у некоторых культур азотобактера, выделенных в подмосковных почвах. Влияние сезонности и метеорологических условий на активность бактерий отмечали и некоторые другие исследователи.
Под влиянием зимних морозов в почве происходят заметные изменения химических и физико-химических свойств. Меняется концентрация почвенного раствора, ряд соединений выпадает в осадок, например ульминовая кислота — в ульмин. По нашим наблюдениям, токсические вещества почвы разрушаются и инактивируются. Клевероутомленные почвы после сильного промерзания становятся менее токсичными. Отмечается инактивация антибиотических веществ, образуемых микробами в почве, после длительного промораживания ее. Надо полагать, что многие другие органические и неорганические соединения в почве подвергаются резким изменениям под влиянием зимних морозов, а почва в целом становится более плодородной.
Источник
Почему близость водоемов влияет на температуру воздуха? Какая почва нагревается солнцем быстрее влажная или сухая?
Для ответа на оба вопроса вспомним, что у воды большая теплоемкость. Близость водоемов влияет на температуру воздуха, так как вода из-за своей большой теплоемкости медленно накапливает тепло и медленно его отдает. Таким образом, вода сглаживает колебания температуры. В случае с морями и океанами это отражается на климате прибрежных территорий, делая его более мягким (приморский климат).
Сухая почва нагревается солнцем быстрее, чем влажная, все из-за той же высокой теплоемкости воды.
камень массой m в момент удара об воду имеет скорость v.
вертикальная компонента импульса — m*v*sin( γ )
горизонтальная компонента импульса m*v*cos( γ )
под действием вертикальной силы реакции опоры N в течении времени t
вертикальный импульс изменился и стал равен m*v*sin( γ )
изменение вертикальной составляющей импульса
m*v*sin( γ ) — ( — m*v*sin( γ )) = 2*m*v*sin( γ )= * t где — среднее значение силы реакции опоры за время t
если есть сила N, то есть и сила трения T
изменение горизонтальной составляющей импульса
m*u — m*v*cos( γ ) = * t = — μ * * t = — μ * 2*m*v*sin( γ )
где u — горизонтальная составляющая скорости после отскока, — среднее значение силы трения за время t
в итоге получаем u = v*cos( γ ) — μ * 2*v*sin( γ )=v*(cos( γ ) — μ * 2*sin( γ ))
тангенс угла при отскоке от воды
tg(alpha)= v*sin( γ ) / u = v*sin( γ ) / (v*(cos( γ ) — μ * 2*sin( γ )))
tg(alpha)= sin( γ ) / (cos( γ ) — μ * 2*sin( γ )) = sin( 30 ) / (cos( 30 ) — 0,1 * 2*sin( 30 ))
Источник
Тепловые свойства и режим почвы, состояние в зависимости от температуры
Характеристики почвы придают ей определенные свойства, которые влияют на процесс выращивания культурных растений. Рассмотрим разновидности тепловых свойств почвы: теплопоглотительную способность, теплоемкость, теплопроводность. Какими могут быть источники тепла для нее, а также тепловой режим и его типы: промерзающие и непромерзающие.
Возможные источники тепла в почве
Основной источник поступления тепла в грунт – солнечное излучение, которое состоит из прямого и рассеянного. Интенсивность излучения зависит от широты и высоты местности, содержания углекислоты в атмосфере и ее прозрачности.
Поглощаемая энергия затем передается либо в атмосферу, либо в нижние слои. Куда будет направляться тепло, зависит от температуры почвы и воздуха. Если почва теплее, а воздух холоднее, тепло будет уходить в атмосферу. При большом поглощении тепла грунт нагревается, и тепловая энергия начинает поступать вниз. Скорость поступления тепла тем больше, чем больше разница температуры в верхних и нижних слоях.
Количество солнечной энергии, которая поступает в почву, зависит от климатической зоны, погоды, особенностей рельефа, окраски, ее тепловых и физических свойств, густоты растительности.
Еще есть источники тепла – энергия, выделяемая при разложении растительных остатков, находящихся на поверхности или в верхнем слое, и энергия, которая передается из воздуха.
Совсем незначительное количество тепла поступает в почву изнутри Земли и от радиоактивного распада элементов, но оно практически не имеет значения.
Как определить
Сколько тепла находится в почве, зависит от многих факторов. Вода – теплоемкий компонент грунта, поэтому влажный прогревается дольше, чем сухой. Но и охлаждается она дольше. Дольше всего весной прогреваются глинистые влажные грунты, песчаные – быстрее, но осенью происходит наоборот: глинистые оказываются теплее из-за медленного охлаждения.
Теплопроводность зависит от содержания в порах воздуха. Чем рыхлее грунт, тем быстрее он прогревается, и наоборот, плотная почва нагревается медленнее. Количество гумуса также влияет на тепловые свойства, плодородные почвы длительнее удерживают тепло, бедные теряют его быстрее. Растительность летом, снег зимой удерживают тепло и помогают сохранить его в грунте.
Для большинства культурных растений выгодная температура для роста составляет 20-25 °С. Если она больше 30 °С – происходит торможение развития. Увеличение приемлемых температур приводит к сильному подъему интенсивности дыхания и трате органического вещества, что ведет к сокращению объема зеленой массы. Температуры грунта больше 50-52 °С ведет к гибели растений.
Для нормально роста растений необходим определенный объем тепла, в земледелии используют значение, называемое суммой активных температур. Это все дни вегетационного периода, когда температура в течение суток была выше 10 °С.
Почвенное тепло нужно не только растениям, но и микроорганизмам. На них отрицательно воздействуют холод и чрезмерное тепло; и то, и другое приводит к приостановке жизнедеятельности бактерий и биоты. Оптимальная температура – 15-20 °С, допустимы незначительные отклонения.
Тепловые свойства
В эту категорию характеристик входят: теплопоглотительная способность почвы, теплоемкость и теплопроводность.
Теплопоглотительная способность
Это способность грунта поглощать солнечную энергию. Поглощается излучение не полностью, некоторая часть отражается обратно. Теплопоглотительная способность определяется величиной альбедо (А). Она выражается в количестве солнечной радиации, которая была отражена почвенной поверхностью, и представлена в процентах от объема солнечного излучения, попавшего на почву.
Чем ниже альбедо, тем больше грунт может поглощать тепла. Теплопоглотительная способность зависит от окраски грунта, его влажности, структуры, рельефа поверхности и плотности растительности. Темные почвы нагреваются быстрее, чем светлоокрашенные.
Теплоемкость
Эту характеристику определяют как весовую и объемную. Весовая теплоемкость – количество тепла, измеряемое в калориях, которое необходимо затратить на нагревание 1 г сухого грунта на 1 °С. Теплоемкость объемная – тепло, которым можно нагреть 1 куб. см. на 1 °С.
Величина теплоемкости меняется в зависимости от содержания в почве влаги и воздуха. Во влажном состоянии ее теплоемкость будет выше, чем в сухом. Глинистая земля будет иметь большую, чем песчаная, теплоемкость, так как в ней содержится меньше воздуха.
Теплопроводность
Это способность грунта проводить тепло от верхних слоев, где температура выше, к нижним, более холодным. Передача тепла происходит через твердую и жидкую почвенные фазы, измеряется в объеме тепла, выражаемого в калориях. Почвенная теплопроводность измеряется в количестве тепла, которое проходит через куб. см почвы за 1 с.
Источник