3.2. Лабораторна робота № 2. Методи визначення температури грунту та їх практичне застосування

Обладнання: комплект колінчастих термометрів Савінова, строковий ртутний термометр, максимальний термометр, мінімальний термометр, термометр-щуп, витяжний (глибинний) термометр.

Завдання 1. Дати характеристику основних показників теплового режиму грунту і методів їх визначення:

• показники теплового режиму,

• прилади, обладнання, їх застосування.

Завдання 2. Ознайомитись з приладами для визначення температури грунту, представленими у лабораторії. Для кожного з термометрів визначити діапазон виміру температурних показників, ціну поділок (від найбільшої до найменшої) та сферу застосування.

Завдання 3. Замалювати у зошиті та описати будову і принцип дії основних приладів для визначення температури глибинних шарів грунту:

• колінчастих термометрів Савінова,

• глибинного (витяжного) термометра,

• термометра-щупа.

Завдання 4. За даними таблиці (див. Варіанти завдань до роботи) проаналізувати хід температури грунту на різних глибинах протягом року та виконати такі завдання:

• побудувати графік середніх місячних термоізоплет грунту,

• за графіком визначити максимальну глибину проникнення нульової температури у грунті,

• обчислити тривалість періоду (в днях) з температурою менше нуля та більше нуля на поверхні грунту та на виділених глибинах,

• визначити річну амплітуду температури грунту на глибинах 10, 20, 50, 100, 150, 250, 300 см.

Завдання 5 (Висновок). У висновку проаналізуйте агроекологічне значення температурних показників грунту, порівняйте дані свого варіанту з іншим, обираючи для порівняння метеорологічні станції, розташовані в різних природно-кліматичних зонах України.

Теоретичні відомості до роботи. Основні показники теплового режиму грунту

Підстилаюча поверхня – поверхня Землі (грунт, вода, сніг і т.д.) взаємодіє з атмосферою у процесі тепло- і вологообміну. Процеси нагрівання атмосфери залежать від грунту, від підстилаючої поверхні. Суттєвий вплив на них здійснюють такі фізичні показники, як теплоємність, теплопровідність, температуропроводність, які визначають середні, максимальні та мінімальні температури, амплітуду температур на різних глибинах.

Теплопровідність грунту (л) – це кількість тепла, що проходить за одиницю часу (1 с) через одиницю площі (1 м²) грунту на глибину 1 м при різниці температур на нижній та верхній межі цього шару в 1⁰ С.

Середні значення показника теплопровідності для різних типів поверхонь:

• повітря: 0,023 Вт/м² с,

• вода: 0,5 Вт/м² с,

• пісок: 1,0 Вт/м² с,

• глина: 2,1 Вт/м² с,

• граніт: 4,2 Вт/м² с,

• грунт: від 1,0 до 2,5 Вт/м² с (залежно від типу грунту та його зволоження).

Теплоємність грунту (с) – це величина, що дорівнює кількості тепла, яка потрібна для підвищення температури одиничного об’єму (чи одиниці маси) грунту на 1⁰ С. Відповідно, розрізняють питому (по масі) та об’ємну (по об’єму) теплоємність (вимірюються, відповідно, в одиницях тепла на одиничний об’єм, 1 м³, чи на одиничну масу, 1 кг).

Середні значення показника теплоємності для різних типів поверхонь:

• торф: 2,2 кДж/кг с,

• гумус: 1,8 кДж/кг с,

• чорнозем: 1,3 кДж/кг с,

• пісок: 0,8 кДж/кг с,

• глина: 0,9 кДж/кг с,

• вода: 4,2 кДж/кг с,

• повітря: 1,0 кДж/кг с.

Температуропроводність – це відносна швидкість проникнення коливань температури вглиб ґрунтового шару (визначається у ⁰К м²/с).

Її часто характеризують показником, що називається коефіцієнтом температуропровідності грунту.

K_t (коефіцієнт температуропровідності грунту) визначається за таким співвідношенням:

K_t =0,6(z₂-z₁)²/t*lg(A₂/A₁)²,

де z₁ , z₂ - деякі глибини в грунті ( у метрах), A₁ , A₂ – амплітуда температурних коливань на цих глибинах ( у градусах Цельсія), t – період коливань.

В цілому: чим більша густина і вологість грунту, тим краще він проводить тепло, тим швидше проникають у нього коливання температури і тим глибше вони поширюються.

Амплітуда коливань температури з глибиною зменшується, при цьому спостерігається запізнення часу настання максимальної та мінімальної температури. Це запізнення сягає 3 год на кожні 10 см глибини (добове) або 20-30 днів на кожен 1 м глибини (річне).

На певній глибині в грунті досягається сталий показник температури, що не змінюється протягом доби (або року). Це – так звані шари сталої добової (річної) температури повітря.

Для помірного кліматичного поясу характерно:

Глибина шарів сталої добової температури грунту: в середньому становить 1 м.

Глибина шарів сталої річної температури грунту: в середньому становить 20 м.

Шар сталої температури грунту характеризується постійними (сталими) показниками температурного режиму на протязі визначеного періоду.

За даними температурного зондування грунту будують карти температурного режиму на глибинах, для яких в основному використовують систему термоізоплет.

Термоізоплети – лінії однакових (рівних) значень температури грунту на деякій глибині. Термоізоплети проводяться методом інтерполяції на основі даних про температурні показники грунту на визначених глибинах, кратно 2⁰ (-2⁰ , 0⁰ , 2⁰, 4⁰ і т.д.). Кожна термоізоплета має свою відмітку (підпис), яка обов’язково вказується на графіку).