حــــــــــــــــــــــــــرارت خـــــــــــــــــــــــــــــاک
در بررسی کیفیت خاک و نقش آن در تولید محصولات یکی از بزرگترین عوامل تاثیر گزار که یک مهندس خاکشناس به آن توجه دارد حرارت خاک است.
براساس قوانین وانت هوف(Vant Hoff) فرایندهای شیمیایی با افزایش دما تشدید میشوند.خاک هم که یک محیط پویای شیمیایی و بیولوژیک است و نقش دما در این عرصه بر کسی پوشیده نیست.
به طور ساده تر اگر به قضیه توجه کنیم باید بگوییم که جوانه زنی بذر ها و رشد گیاهان در خاکی با دمای مناسب بهتر صورت میگیرد.گیاهان زراعی معمولا در مراحل مختلف رویش خود برای عملکرد حداکثری به دماهای متفاوتی نیاز دارند.مثلا رشد جوانه ذرت در دمای 33 درجه به حداکثر میرسد
در زیر به درجه حرارت(سانتیگراد) لازم برای جوانه زنی برخی از گیاهان زراعی مهم در کشورمان اشاره شده است
نام گیاه* حداقل *حدمتوسط * حد اکثر
غلات(گندم، جو و چاودار) * 1-5 * 20-25 * 28-32
چغندر* 4 –5 * 25 * 28 -30
نخود* 1-2 * 30 * 35
ذرت * 8-10 * 32 - 35 * 40 – 44
آفتابگردان * 5-11 * 30 * 31 -37
خیار* 16-18 * 28 * 31-37
هندوانه* 18 * 25-30 * 35-42
حتی برخی از سموم که در خاک مصرف دارند همانند علف کش آترازین در دمای مناسب بازدهی بیشتری دارد.
فعالیتهای مطلوب میکروارگانیسمها هم در محدوده بین 25 تا 38 درجه سانتی گراد معمولا رخ میدهد.
در نوعی طبقه بندی بر اساس رژیمهای حرارتی و درجه حرارات خاک دسته بندیهای ویژه ای در خاکها انجام پذیرفته است.
درجه حرارت خاک قبل از هرچیز به شرایط اقلیمی منطقه مانند موقعیت جفرافیایی، ارتفاع از سطح دریا، جهت و زاویه تابش آفتاب و پستی و بلندیهای موضعی سطح خاک بستگی دارد.در این خصوص تابش آفتاب از سایر فاکتورهای اقلیمی تاثیرگذار تر است.
قابل ذکر است غیراز گرمای تابشی خورشید فرایندهای شیمیایی و بیولوژیک داخل خاک نیز گرما تولید میکنند.اما این گرما قابل قیاس با گرمای خورشید نیست و چندان در حساب و کتاب دمای خاک وارد نمیشود.
در روند جذب حرارت تابشی خورشید درخاک(E) عواملی تاثیرگذارند.، همانند:
باز پس دهی وانعکاس تششعات حرارتی(S) با واحد( Cal/Cm[SUP]2[/SUP] . min)
این آیتم میزان انعکاس حرارت از خاک را مطرح میکند که براساس درصدی از تششعات وارده و با تفکیک دونوع اشعه موج کوتاه و بلند محاسبه میشود.
برای اینکه در ذهن میزان انعکاس تششعات خورشید از سطوح مختلف تصور شود به میزان انعکاس تششع خورشید از سطوح زیر توجه کنید
(انعکاس تششعات موج کوتاه)
برف تازه 83 %
برف کهنه 50%
سطح آب آزاد 6 %
جنگل 7%
شن مرطوب 9%
شن بیابان 25%
علوفه خشک 32%
علوفه سبز 20%
(انعکاس تششعات موج بلند)
شن کم رنگ روشن 11%
علوفه مرتعی و چمنی 2%
برف 0.5%
ظرفیت حرارتی خاک (W[SUB]K[/SUB]) = { گرمای ویژه ( Cal /g . C[SUP]O[/SUP] )ضربدر جرم( g) }
ظرفیت حرارتی همانگونه که مشخص است علاوه بر جرم خاک به شدت با گرمای ویژه خاک ارتباط دارد.
یادآوری میشود که گرمای ویژه مقدار گرمای لازم برای افزایش 1 درجه حرارت یک گرم از جسم از 14 درجه به 15 درجه سانتیگراد است
گرمای ویژه برخی مواد مهم در خاک(Cal /g . C[SUP]O[/SUP])
آب =1
هوا=0.24
کوارتز=0.19
خاک لومی =0.22
خاک توربی=0.25
هوموس=0.44
با توجه به اینکه گرمای ویژه آب بسیار بیشتر از سایر مواد موجود در خاک است بنابراین خاک مرطوب نسبت به خاکهای خشک برای گرم شدن انرژی حرارتی بیشتری را می طلبد
بجز رطوبت،تاثیر میزان هوای خاک ( در ارتباط با پروزیته خاک )، هوموس و مواد آلی خاکها با توجه به اندازه گرمای ویژه ای که دارند در جذب حرارت ناشی از تابش خورشید توسط خاک کاملا مشخص است
برای درک بهتر به اعداد زیر توجه کنید
گرمای ویژه خاک شنی خشک = 0.30
گرمای ویژه خاک شنی مرطوب = 0.72
گرمای ویژه خاک رسی خشک = 0.24
گرمای ویژه خاک رسی مرطوب = 0.82
گرمای ویژه خاک هوموسی خشک = 0.15
گرمای ویژه خاک هوموسی مرطوب = 0.90
از اعدا فوق مشخص است که خاکهای هوموسی ، هوموسی سنگین و خاکهای آلی مردابی مرطوب گرمای ویژه ی بالاتری دارند در نتیجه حرارت بیشتری برای گرم شدن خود لازم دارند.پس این خاکها خاکهای سردی هستند.( این خاکها با کندی گرمای خود را به محیط پس میدهند.)
بنابراین میزان گرمای ویژه و تا ثیر آن بر ظرفیت حرارتی (W[SUB]K[/SUB]) اجزای خاک بر جذب گرما توسط خاک بسیار موثر است
قابلیت هدایت حرارتی( W[SUB]L[/SUB]) با واحد ( cal/cm . sec . c[SUP]o[/SUP])
این قابلیت در سرعت انتقال حرارت اجسام به محیط اطراف بسیار مهم است.هرچقدر عدد آن بزرگتر باشد جسم زودتر از گرمای خود می کاهد و سرد میشود.و تمایل بیشتری برای انتقال حرارات دارد.این مقدار در گازها کمتر از مایعات و در مایعات کمتر از فلزات است. قابلیت هدایت حرارت آب 20برابر هوا است. قابلیت هدایت حرارت کوارتز(شن)20برابر آب است
به اعداد زیر که قابلیت هدایت حرارت بر حسب ( cal/cm . sec . c[SUP]o[/SUP]) برخی مواد را نشان میدهد توجه کنید
آب 0.00128
هوا 0.00006
ماسه سنگ 0.003
تورب 0.00015
خاک معدنی خشک 0.0003
خاک معدنی مرطوب 0.0016
خاکهای شنی خشک بخاطر داشتن کوارتز که گرمای ویژه کمتری دارد زودتر گرم میشوند و چون هدایت حرارتی بالاتری دارند سریعتر سرد میشوند( سرد شدن شنهای ساحلی پس از غروب آفتاب نمایانگر این موضوع است)
کاهش دمای در اثر تبخیر( V[SUB]K[/SUB]) با واحد Cal/Cm[SUP]2[/SUP]
در اثر تبخیر آب مقدار قابل توجهی از حرارت خاک کاسته میشود(مثلا اگر1 گرم آب در سطح 1 سانتی متر خاک بخار شود حدود600 کالری در سانتی متر حرارت صرف میشود)
با توجه به عوامل و مباحثی که در بالا کم و بیش به آن پرداختیم رابطه ای برای محاسبه حرارت تابشی جذب شده توسط خاک(E) با واحد Cal/Cm[SUP]2[/SUP] . minوجود دارد.
این رابطه:
E = S + V[SUB]K[/SUB] – ( W[SUB]K[/SUB] – W[SUB]L[/SUB] )
که پیش تر متغییر های مندرج در این رابطه توضیح داده شدند
توجه داشته باشید انرژی دریافتی از تابش آفتاب بر خاک، بر اساس قوانین فیزیک در سطوح مختلف خاک دماهای خاصی را پدیدار میسازد. که در نهایت آن دما برای کارشناسان از اهمیت برخوردار است.
خاکهای تیره حرارت بیشتری را جذب میکنند.خاکهای شخم خورده معمولا به نسبت خاکهای با سطح صاف بخاطر سطح و زاویه مناسبتر بهتر اشعه خورشید را جذب میکنند.
پوشش گیاهی نیز عموما با ایجاد سایه و محیط تعرق و تعریق از گرم شدن مستقیم خاک توسط آفتاب جلوگیری میکنند.حتی گفته شده گیاهان تا 70% گرمای تابشی خورشید را ممکن است منعکس کنند
وسلام
آخرین ویرایش: