Теплоемкость и теплопроводность почвы

Характер и энергия многих химических и физических процессов, происходящих в почве, находится часто в большей или меньшей зависимости от температурного ее состояния. Главнейшим источником теплоты почвы служат тепловые лучи солнца, к непосредственным воздействиям которых присоединяются и термические явления, сопряженные с химическими реакциями и физическими движениями частиц. Степень нагревания почвы зависит от различного состояния ее поверхности, цвета а также от ее теплоемкости и теплопроводности. Т. почвы есть среднее из Т. составляющих почву твердых частей и воды. Если принять Т. воды за единицу, главнейшие составные части почвы будут иметь следующую весовую Т. (удельную теплоту): для кварца — 0,196, известняка — 0,214, каолина — 0,233, перегноя — 0,477. Но так как удельные веса твердых частиц почвы больше удельного веса воды, то и средняя объемная Т. их выразится несколько иначе, а именно: для кварца — 0,517, известняка 0,582, каолина — 0,575, перегноя — 0,601. Разница в Т. твердых веществ почвы между собою незначительна, а потому и не должна оказывать заметного влияния на возвышение температуры при действии солнечных лучей; но, сравнивая Т. твердых частей почвы с таковою воды, мы видели, что последняя потребляет при одинаковом объеме в 2 раза больше тепловой энергии, чем первые. Отсюда понятно, какое важное значение в данном случае имеет содержание в почве воды. Почвы, насыщенные влагой, при других равных условиях, потребуют для своего нагревания значительно большего количества тепла, чем почвы сухие; испаряя содержащуюся в них в изобилии воду, данные почвы сильно охлаждаются (зяблые, холодные почвы). Что касается зимы, то благодаря той же высокой Т. сырые почвы будут теплее сухих. Над Т. русских почв почти не производилось никаких исследований, и только в последнее время в лаборатории агрономического кабинета СПб. университета были сделаны определения Т. некоторых почв в приборе, употребляемом для определения весовой Т. твердых тел, видоизмененном применительно к почве. Даем здесь цифры результатов этих определений для нескольких почв. Суглинистый чернозем (Харьковской губ.) — 0,30; солонец (Саратовской губ.) — 0,34; песчаная почва, окрашенная гумусом (Воронежской губ.), — 0,18; супесчаный чернозем (Воронежской губ.) — 0,26; песчаная светлая почва (Воронежской губ.) — 0,162. Если Т. является важным фактором в нагревании поверхностных слоев почвы, то не менее важна и теплопроводность как распределитель тепла во всей почвенной толще. Несомненно, что теплопроводность почвы находится в зависимости прежде всего от теплопроводности составляющих ее твердых частей, воды и воздуха. По теплопроводности первое место занимают твердые вещества, затем вода и воздух. Отсюда а priori следующий вывод: более компактная почва будет более быстро передавать тепло в глубокие горизонты, чем более рыхлая почва. Пористость — порошкообразное измельчение массы — сильно затрудняет проведение тепла в почве, так как прикосновение отдельных частичек ее в высшей степени несовершенно, а лежащий между ними воздух обладает очень слабою теплопроводимостью. Влияние воды на передачу тепла в глубь почвы может быть разъяснена двумя следующими случаями. Во-первых, если почва только влажна, т. е. все водяные частички удерживаются большой капиллярной силой, вследствие чего затрудняется их циркуляция, то вода не может играть заметной роли при распределении теплоты в такой почве. В этом случае влажная почва относительно распределения теплоты по почвенным слоям будет действовать почти как сухая, т. е. как дурной проводник теплоты. Теплопроводность воды, по крайней мере сравнительно с другими почвенными элементами, недостаточно известна; во всяком случае, она меньше, чем у минеральных составных частей почвы. Тем не менее, теплопроводность влажной почвы больше, чем сухой, так как вода до некоторой степени вытесняет частицы воздуха, обладающие наислабейшею способностью проводить теплоту; притом почва теряет и свою пористость. Во-вторых, если почва настолько мокрая, что вода до некоторой степени может циркулировать, то подобная почва при нагревании сверху не передает нагретых водяных частичек в более глубокие горизонты; они находятся уже в положении самом благоприятном — устойчивого равновесия. Но если почва будет охлаждаться сверху, вследствие ли холодного ветра или лучеиспускания в мировое пространство, то охлажденные верхние частички жидкости получат стремление опускаться вниз, на место более теплых и глубже лежащих; вследствие чего охлаждение почвы будет чувствоваться на большей глубине, чем нагревание ее, но именно потому, что при охлаждении почвы участвуют большие массы частичек воды, в ней не обнаруживаются при этом такие крайности, как при противоположном явлении. Впрочем, сказанное относится только к охлаждению до 4° Ц, так как с понижением температуры за этот предел вода снова начинает расширяться. Над определением теплопроводности в русских почвах работали Мамонтов и Петров ("Материалы по изучению русских почв"), но они имели дело с искусственно насыпанными в особые цилиндры почвами, ненормально, следовательно, уплотненными, с плохой циркуляцией воздуха, а потому и результаты их опытов имеют лишь сравнительное значение (больше, меньше). Из этих данных нельзя вывести ни относительного, ни тем более абсолютного коэффициента теплопроводности различных почв.

Н. А.