4.3. Розповсюдження тепла в глибину ґрунту
В глибину ґрунту розповсюдження тепла йде головним чином шляхом теплопровідності. Послідовна передача тепла на глибину ґрунту несе за собою деякі поглинання його в кожному шарі. Таким чином, чим нижче розміщений шар ґрунту, тим меншу кількість тепла він отримає і тим не значнішим відносно поверхні буде підвищення його температури в добовому та річному ходах. Тому величини найбільших і найменших температур з глибиною зменшуються, а амплітуда коливань знижується. Поступово це призводить до затухання самих коливань.
Передача тепла від шару до шару шляхом теплопровідності потребує певного часу. Тому моменти настання найбільших і найменших температур дещо запізнюються порівняно з відповідними моментами на поверхні, тобто запізнення тим більше, чим глибше лежить шар, що розглядається.
Як швидкість передачі, так і кількість тепла, що передається від шару до шару, залежить від теплових властивостей ґрунту, в основному від теплоємності та теплопровідності. Чим більша теплоємність шару та чим менша теплопровідність, тим більше тепла він затримає та тим менше і повільніше передасть його наступному шару. Загасання коливань відбудеться на меншій глибині, а запізнювання моментів настання крайніх (найбільшої та найменшої) температур буде більш значним. Навпаки, чим менша теплоємність і чим більша теплопровідність шару, тим більша частина тепла буде передаватися від шару до шару та тим швидше відбудеться ця передача. Амплітуди з глибиною будуть зменшуватися повільніше, запізнювання крайніх температур стане меншим, а коливання температури розповсюдження на більшу глибину.
Таким чином, в різних ґрунтах розповсюдження коливань температури від поверхні в глибину відбувається по-різному, але в основному підпорядковується визначеним законам.
Основні закони розповсюдження температурних коливань на глибину ґрунту наступні:
1. Період коливань температури залишається незмінним на всіх глибинах.
2. Амплітуда коливань зменшується в геометричній прогресії, якщо глибина збільшується в арифметичній прогресії.
На деякій глибині амплітуда робиться дуже малою (майже рівною нулю). Коливання температури тут затухають і температура тут залишається завжди постійною. Шар ґрунту, де затухають добові коливання температури, називається шаром постійної добової температури. А шар ґрунту, де затухають річні коливання температури, називається шаром постійної річної температури.
3. Глибини постійної добової та річної температури відносяться як квадратні корні із періодів коливань.
Позначимо через hс і hг відповідно глибинами затухання добових і річних коливань. Періоди коливань рівні одній добі та 365 діб (року). Відповідно,
(6.3)
Тобто глибина затухання добових коливань у 19 разів менша глибини затухання річних коливань.
4. Час настання максимальної та мінімальної температур запізнюються з глибиною.
У середньому добові максимуми та мінімуми на кожні 10 см глибини запізнюються на 2,5–3,5 години, а річні – на кожен метр глибини запізнюються на 20–30 діб. Наприклад, у добовому ході на поверхні ґрунту максимальна температура спостерігається о 13 годині, а на глибині 10 см вона буде вже в 15–16 годині. В річному ході на глибині 1 м максимальна температура спостерігається не в липні, як на поверхні, а в липні-серпні.