Propriétés thermiques du sol : état en fonction de la température et des types de régime

Les caractéristiques du sol lui confèrent certaines propriétés qui affectent le processus de croissance des plantes cultivées. Considérez les variétés de propriétés thermiques du sol: capacité d'absorption de chaleur, capacité thermique, conductivité thermique. Quelles pourraient être les sources de chaleur pour elle, ainsi que le régime thermique et ses types : glacial et non glacial.

Sources de chaleur possibles dans le sol

La principale source de chaleur dans le sol est le rayonnement solaire, qui est direct et diffus. L'intensité du rayonnement dépend de la latitude et de l' altitude de la zone, de la teneur en dioxyde de carbone de l'atmosphère et de sa transparence.

L'énergie absorbée est alors transférée soit vers l'atmosphère, soit vers les couches inférieures. La destination de la chaleur dépend de la température du sol et de l'air. Si le sol est plus chaud et que l'air est plus froid, la chaleur s'échappera dans l'atmosphère. Avec une grande absorption de chaleur, le sol se réchauffe et l'énergie thermique commence à couler. Plus le taux d'apport de chaleur est grand, plus la différence de température dans les couches supérieure et inférieure est grande.

La quantité d'énergie solaire qui pénètre dans le sol dépend de la zone climatique, de la météo, de la topographie, de la couleur, de ses propriétés thermiques et physiques, de la densité de la végétation.

Il existe encore des sources de chaleur - l'énergie libérée lors de la décomposition des résidus végétaux situés à la surface ou dans la couche supérieure, et l'énergie qui est transférée de l'air.

Très peu de chaleur pénètre dans le sol depuis l'intérieur de la Terre et à partir de la désintégration radioactive des éléments, mais cela n'a pratiquement aucune importance.

Comment identifier

La quantité de chaleur dans le sol dépend de nombreux facteurs. L'eau est un composant du sol qui consomme de la chaleur, de sorte qu'un sol humide se réchauffe plus longtemps qu'un sol sec. Mais il faut aussi plus de temps pour se refroidir. Les sols argileux humides se réchauffent le plus longtemps au printemps, les sols sablonneux se réchauffent plus rapidement, mais en automne, c'est l'inverse qui se produit : les sols argileux sont plus chauds en raison d'un refroidissement lent.

La conductivité thermique dépend de la teneur en air des pores. Plus le sol est meuble, plus il se réchauffe rapidement et inversement, un sol dense se réchauffe plus lentement. La quantité d'humus affecte également les propriétés thermiques, les sols fertiles retiennent la chaleur plus longtemps, les pauvres la perdent plus rapidement. La végétation en été, la neige en hiver retiennent la chaleur et aident à la maintenir dans le sol.

Pour la plupart des plantes cultivées, la température favorable à la croissance est de 20-25 °C. S'il fait plus de 30°C, le développement est inhibé. Une augmentation des températures acceptables entraîne une forte augmentation de l'intensité de la respiration et du gaspillage de matière organique, ce qui entraîne une diminution de la quantité de masse verte.Des températures du sol supérieures à 50-52 °С entraînent la mort des plantes.

Pour la croissance normale des plantes, une certaine quantité de chaleur est nécessaire ; en agriculture, une valeur appelée la somme des températures actives est utilisée. Ce sont tous les jours de la saison de croissance où la température pendant la journée était supérieure à 10 ° C.

La chaleur du sol est nécessaire non seulement pour les plantes, mais aussi pour les micro-organismes. Ils sont affectés par le froid et la chaleur excessive; les deux conduisent à la suspension de l'activité vitale des bactéries et du biote. La température optimale est de 15 à 20 °C, des écarts mineurs sont acceptables.

Propriétés thermiques

Cette catégorie de caractéristiques comprend : la capacité d'absorption de la chaleur du sol, la capacité calorifique et la conductivité thermique.

Capacité d'absorption de chaleur

C'est la capacité du sol à absorber l'énergie solaire.Le rayonnement n'est pas complètement absorbé, une partie est réfléchie. La capacité d'absorption de chaleur est déterminée par la valeur d'albédo (A). Il est exprimé comme la quantité de rayonnement solaire qui a été réfléchie par la surface du sol et est présenté en pourcentage de la quantité de rayonnement solaire qui a frappé le sol.

Plus l'albédo est bas, plus le sol peut absorber de la chaleur. La capacité d'absorption de chaleur dépend de la couleur du sol, de son taux d'humidité, de sa structure, de la topographie de la surface et de la densité de la végétation. Les sols sombres chauffent plus vite que les sols légers.

Capacité calorifique

Cette caractéristique est définie comme le poids et le volume. Capacité calorifique pondérale - la quantité de chaleur, mesurée en calories, qui doit être dépensée pour chauffer 1 g de sol sec de 1 ° C. Capacité calorifique volumétrique - la chaleur qui peut chauffer 1 mètre cube. voir 1°C.

La valeur de la capacité calorifique varie en fonction de la teneur en humidité et en air du sol. Lorsqu'il est mouillé, sa capacité calorifique sera plus élevée que lorsqu'il est sec. La terre argileuse aura une plus grande capacité calorifique que la terre sableuse, car elle contient moins d'air.

Conduction thermique

Il s'agit de la capacité du sol à conduire la chaleur des couches supérieures, où la température est plus élevée, vers les couches inférieures, plus froides. Le transfert de chaleur se produit à travers les phases solide et liquide du sol, mesuré en termes de chaleur exprimée en calories. La conductivité thermique du sol est mesurée en termes de quantité de chaleur qui traverse un cube. voir sol pendant 1 s.

L'air a la conductivité thermique la plus faible de tous les milieux du sol, la plus élevée - dans la partie minérale. Ainsi, les sols sans structure et denses ont une conductivité thermique élevée, tandis que les sols meubles en ont une plus faible. La valeur dépend également d'autres facteurs: la quantité de matière organique et minérale (dans les sols pauvres, l'indicateur est plus faible que dans les sols fertiles). Cela dépend aussi du degré d'humidité (si les pores sont remplis d'eau, la conductivité thermique augmente, si elle est remplie d'air, elle diminue).

Régime thermique du sol et ses types

Différents régimes thermiques se développent dans différentes zones climatiques. Selon deux indicateurs - la température annuelle moyenne et la nature du gel - tous les sols sont divisés en 4 types.

Cryogénique

Ce régime thermique dans les sols situés dans la zone de pergélisol. Le sol dégèle pendant la période annuelle chaude, gèle complètement en hiver. Températures à 20 cm de profondeur et moyennes annuelles inférieures à zéro.

Congélation longue saison

En été, le sol dégèle, il gèle profondément en hiver, jusqu'à une profondeur d'au moins 1 m. La durée du gel est d'au moins 5 mois par an. La température annuelle moyenne du sol est supérieure à zéro, mais en janvier, à une profondeur de 20 cm, elle est inférieure à zéro.

Gel saisonnier

Il gèle peu en hiver, dégèle pendant la période chaude. La durée de congélation varie considérablement - de plusieurs jours à 5 mois. Le froid peut pénétrer jusqu'à une profondeur maximale de 2 m.La température annuelle moyenne du sol est positive, mais en janvier, à une profondeur de 20 cm, elle est négative.

Antigel

Les sols ne gèlent pas même en hiver. La température est toujours positive, aussi bien à 20 cm de profondeur qu'à la moyenne annuelle.

Le régime thermique du sol détermine l'intensité et la direction des processus de formation du sol. La durée de la saison de croissance, la composition des espèces et la productivité de la végétation, le nombre de micro-organismes et l'intensité de leur travail, qui affecte le taux de formation de l'humus, le volume de matière organique et l'intensité des réactions chimiques, dépendent de la caractéristiques du régime.