5.4. Распаўсюджванне цяпла на глыбіню глебы

Распаўсюджванне цяпла ў глебе падпарадкоўваецца чатыром законам Фур’е. Назіранні паказваюць, што чым больш шчыльнасць і вільготнасць глебы, тым лепш яна праводзіць цяпло, тым глыбей пранікаюць сутачныя і гадавыя хістанні тэмпературы. Першы закон Фур’е гучыць так: незалежна ад тыпу глебы і яе ўласцівасцей, перыяды хістанняў тэмпературы не змяняюцца з глыбінёй. Гэта значыць, што на ўсіх глыбінях перыяд хістанняў сутачных тэмператур складае 24 гадзіны, а гадавых – 12 месяцаў.

Другі закон Фур’е сведчыць аб тым, што амплітуды хістання тэмпературы глебы з глыбінёй памяншаюцца ў наступнай заканамернасці:

, (5.1)

дзе А_о – амплітуда хістанняў тэмпературы на паверхні глебы; А_z – амплітуда хістанняў тэмпературы на глыбіні z; Т – перыяд хістанняў; k – каэфіцыент тэмператураправоднасці глебы; е – аснова натуральнага лагарыфма.

З прыведзенай формулы выцякае, што ўзрастанне глыбіні ў арыфметычнай прагрэсіі прыводзіць да памяншэння амплітуды тэмпературы ў прагрэсіі геаметрычнай. Напрыклад, калі на паверхні глебы амплітуда сутачных хістанняў роўна 16 °C, то на глыбіні 20 см яна складае ўжо 4 °С, на глыбіні 40 см - 1°С, а на глыбіні 60 см – 0,25 °С.

На некаторых глыбінях сутачныя і гадавыя хістанні тэмпературы глебы прыпыняюцца, а амплітуды роўны нулю. Слой глебы, у якім тэмпература глебы не змяняецца на працягу сутак, або года, называецца слоем пастаяннай сутачнай, ці гадавой тэмпературы. Слой пастаяннай сутачнай тэмпературы пачынаецца з глыбіні 70 – 100 см. Слой жа пастаяннай гадавой тэмпературы ў палярных шыротах пачынаецца з глыбіні 30 м, а ў трапічных – з глыбіні 10 м.

Трэці закон Фур’е гаворыць аб тым, што тэрміны наступлення максімальных і мінімальных тэмператур як у сутачным, так і гадавым ходзе зпазняюцца прапарцыянальна павялічэнню глыбіні:

τ= (5.2)

Сутачныя максімумы і мінімумы зпазняюцца на кожныя 10 см глыбіні на 2,5 – 3,5 гадзіны, а на кожны метр глыбіні – на 20 –30 дзён.

Чацвёрты закон Фур’е гучыць наступным чынам : глыбіні слаёў пастаяннай сутачнай і гадавой тэмпературы суадносяцца паміж сабой як карані квадратныя з перыядаў хістання :

(5.3)

дзе Z1 і Z2 – глыбіні пранікнення адпаведна сутачных і гадавых хістанняў тэмпературы; T1 і T2 – перыяды адпаведна сутачных і гадавых хістанняў. Улічваючы, што перыяд гадавых хістанняў у 365 раз больш, чым перыяд сутачных, атрымаем :

(5.4)

Адсюль выцякае, што глыбіня, на якой затухаюць гадавыя хістанні тэмпературы ў 19 разоў больш глыбіні, на якой затухаюць сутачныя хістанні тэмпературы.

Размеркаванне тэмпературы глебы на працягу года і на розных глыбінях даследуюць пры дапамозе графіка тэрмаізаплёт. На восі ардынат адкладваюць глыбіні, а на восі абсцыс – месяцы. На атрыманую сетку наносяць адпаведныя сярэднямесячныя тэмпературы. Потым шляхам інтэрпаляцыі знаходзяць кропкі з аднолькавымі тэмпературамі, якія злучаюцца ізалініямі – тэрмаізаплётамі.