Выращивание различных культур возможно традиционным способом: каждый год в одно и то же время. Тем не менее, климат продолжает изменяться, как и температура почвы. Каждое растение требует определенных условий для роста, и одним из самых важных факторов является тип почвы.
Вода, в отличие от почвы, обладает особенностью — она проницаема для прямого и рассеянного солнечного излучения. Это означает, что коротковолновая лучистая энергия способна проникать в воду на значительную глубину, варьирующуюся от 10 до 100 метров, в зависимости от ее прозрачности. В результате этого явления лучистый нагрев происходит на уровне нескольких метров в толщину.
Кроме того, второй важный аспект заключается в том, что объемная теплоемкость воды примерно в два раза превышает таковую у почвы. Это указывает на то, что для достижения одинаковой температуры воды требуется поглотить больше тепла по сравнению с почвой. Интересно, что когда и вода, и почва поглощают или выделяют идентичное количество тепла, изменение температуры воды будет меньше, чем изменение температуры почвы.
Третьей важной отличительной чертой является способ передачи тепла. В почве процесс передачи тепла осуществляется вертикально с использованием молекулярной проводимости, в то время как в воде слабо движущиеся слои производят вертикальный перенос тепла благодаря активному процессу турбулентного перемешивания. Этот процесс вызывает интенсивный обмен физическими и химическими свойствами между слоями воды. Турбулентность в водоемах генерируется различными факторами, включая волны, различные скорости течения, а также конвекцию, обусловленную различиями в солености слоев воды в океанах. Основные особенности турбулентного перемешивания в водоемах включают в себя:
- перенос тепла вниз в водоемах, происходящий в 1000-10000 раз быстрее, чем в почве;
- ускорение выравнивания температурных значений между слоями воды;
- возможность нагревания и охлаждения водоемов на значительно большие глубины;
- замедление изменения температуры поверхности воды по сравнению с почвой, при этом изменение температуры поверхности водоемов оказывается меньшим, чем изменение температуры на поверхности почвы.
Поверхностный слой воды имеет способность хорошо поглощать инфракрасное излучение, как и дно водоема. Условия, при которых происходит поглощение и появление длинноволнового излучения, в водных бассейнах и на дне не сильно отличаются. Однако данное утверждение не касается коротковолнового излучения. Короткие длины волн, особенно в фиолетовой и ультрафиолетовой области спектра, проникают в воду на значительную глубину, и нагрев от воздействия излучения происходит в пределах нескольких метров.
Среди причин, определяющих различия в тепловом режиме воды и почвы, выделяются следующие:
- Теплоемкость воды в 3-4 раза выше, чем у почвы; поэтому для равномерного нагрева воде требуется поглотить значительно больше тепла, чем почве. При равном количестве подводимого тепла изменение температуры воды будет меньше;
- Частицы воды более подвижны, благодаря чему в водоемах перенос тепла осуществляется не только за счет молекулярной теплопроводности, как в почве, но и посредством интенсивного турбулентного перемешивания.
Существует постоянный обмен теплом между поверхностью и нижележащими слоями как почвы, так и воды. Поток тепла в почве или водоеме можно приблизительно описать формулой:
где
λ — коэффициент теплопередачи.
Функциональность вод
Схематически изображённая система глубокого умягчения воды подчеркнёт важность подземных вод, которые являются основным источником водоснабжения. Применение подземных вод весьма разнообразно и актуально в различных сферах, таких как населенные пункты, промышленные предприятия и народное хозяйство. Для извлечения подземных вод необходимо бурение колодцев или скважин, которые целесообразно строить с применением гравия и специализированных фильтров «Галунка».
Стоит отметить, что подземные воды могут быть разрушительными и негативно воздействовать на строительные материалы, особенно на бетон. Поэтому перед началом строительства любого объекта выполняется анализ для определения агрессивности подземной воды. Классификация подземных вод по степени агрессивности выглядит следующим образом: наименее агрессивный тип представляет собой общая кислота, в то время как углекислый газ оказывает наибольшее разрушительное действие. Также выделяются такие виды агрессии, как магнезиальная, выщелачивающая и сульфатная.
Следующий по надежности тип — это почва, температура которой даже зимой редко опускается ниже +5°C. При этом способ извлечения энергии определяет остальные параметры системы извлечения и ее характеристики.
Для повторного использования тепло, извлеченное подземных вод, нуждается в создании специальных скважин (вытяжных и сифонных). Предварительно бурят опытные скважины для проверки, чтобы удостовериться, что вода соответствует всем стандартам, необходимым для работы теплового насоса и имеет хорошее качество с минимальными колебаниями температур в течение года.
Температурный диапазон от 7 до 12 °C гарантирует, что ни время года, ни температура окружающей среды не повлияют на стабильную теплоотдачу. Важно отметить, что такая система проста в эксплуатации и обладает низкими эксплуатационными и энергетическими затратами. Она подходит как для дренажа, так и для общего бытового водопользования. Геотермальная энергия считается альтернативой другим методам получения энергии и отличается высокой экологической чистотой.
Тем не менее, вода должна быть защищена и охраняема от загрязнения и истощения. Использование водных ресурсов должно быть рациональным. Например, на химический состав воды может значительно повлиять расположение химических заводов, теплоэлектростанций, фабрик для обогащения полезных ископаемых, орошающих каналов и дренажных канав шахт.
Добыча полезных ископаемых может привести к истощению ресурсов источника и нарушению гидрогеологической структуры. Степень этого воздействия зависит от того, проводятся ли работы под землей или на поверхности. При подземной добыче учитываются глубина разработки и другие важные факторы. Для достижения положительных результатов применяется широкий спектр технологий и средств.
Температура почвы под снегом
Снег, действуя как хороший изолятор, играет важную роль в защите почвы от замерзания. Чем более рыхлый снег, тем эффективнее он защищает почву от воздействия низких температур. Однако эта величина не является универсальной и может варьироваться не только от региона к региону, но и внутри одних и тех же областей и районов, а также зависеть от температуры почвы в момент выпадения снега. Например, если снег покрывает глубоко промерзшую землю и снежный покров сравнительно невысокий, то температуры земли под снегом, на его поверхности и температура воздуха над ним практически совпадают. Если же снежный покров достигает высоты 15-20 см, разница температур между землей и поверхностью снега может составлять от 6 до 8 градусов; при этом температура поверхности земли оказывается более высокой.
В ситуации, когда снег выпадает на незамерзшую землю и снежный покров достаточно глубокий, температура земли под снегом достигает значений от нуля до -0,5 градусов. Это говорит о том, что снег, будучи плохим проводником тепла и отражая ультрафиолетовые лучи солнца, эффективно защищает верхний слой земли от охлаждения. В то же время важно, что температура поверхности земли не должна быть положительной, иначе снег будет таять при контакте с землей.
Научные эксперименты показали, что при температуре воздуха в диапазоне от -25 до -28 градусов и высоте снежного покрова от 25 до 30 см температура земли не опускается ниже -10 градусов. Если же глубина снега составляет 35-40 см, температура земли не достигает значений ниже -5 градусов. Более того, при температуре воздуха в -45°C и высоте снежного покрова до 1,50 м, с относительно рыхлым снегом, температура земли не опустится ниже -8°C. Это еще раз подчеркивает, что снег является надежной защитой от замерзания земли.
Варианты температуры Земли
На температуру почвы влияют несколько факторов, таких как время суток, сезонность и место измерения. Планета вращается вокруг своей оси за 24 часа, что и создает суточную ритмичность, а наклон оси в 23° приводит к смене времен года. В некоторых регионах Земли температура может оставаться постоянной, периодически изменяясь только в зависимости от времени суток. На представленной ниже диаграмме показано, как температура на Земле варьируется с глубиной, начиная от коры до ядра.
Диаграмма, отражающая зависимость температуры Земли от глубины управления, наглядно показывает эти изменения.
Возможно, вам будет интересно узнать, что не все времена года проходят по всему миру одинаково. Линия экватора, где температура обычно выше, всегда сохраняет тепло.
Вычисление температур Земли
Средняя температура на планете Земля составляет около 14°C. Максимально зафиксированное значение, достигнущее 70,7°C, наблюдалось в иранской пустыне. Также выделяются такие места, как Австралия с 69,3°C и Китай с 66,8°C. На другой крайний случай, самая низкая температура, зарегистрированная на Земле, была зафиксирована на станции «Восток» в Антарктиде в 1983 году, когда температура упала до -89,2°C, а спутниковые наблюдения в 2010 году показали даже -93,2°C!
Эти расчеты основываются на стандартах Всемирной метеорологической организации. Согласно их правилам, измерения должны проводиться под прямыми солнечными лучами, а сами термометры размещаются на высоте от 1,2 до 2 метров над уровнем земли.
Сравнение температуры Земли с другими планетами
Несмотря на все упомянутые факторы, нам повезло, что нам доступны стабильные и точные измерения. Однако в нашей Солнечной системе есть множество объектов, которые удивляют своим разнообразием температурных условий. Например, на Меркурии может быть зарегистрирована температура 465°C с одной стороны и заморозки до -184°C с другой.
Планета Венера не менее интересна. Ее плотная и токсичная атмосфера действует как одеяло, в результате чего температура поверхности достигает 460°C. В то время как средняя температура на Марсе составляет -55°C, на экваторе она может подниматься до 20°C, а на полюсах опускаться до -153°C. Это делает Марс одной из самых экстремальных планет в нашей системе.
Температура поверхности Земли, изображенная на температурной карте, демонстрирует диапазоны температур на различных участках нашей планеты.
Планета Юпитер, представляющая собой газового гиганта, имеет почти отсутствующую твердую поверхность, однако температуры измеряются в её облачном поясе. Верхние слои облаков Юпитера могут достигать -145°C. Сатурн также имеет свои особенности — температура опускается до -178°C, но ее наклон приводит к неоднородному тепловому режиму в северном и южном полушариях.
Для Урана наблюдается особенно низкая температура, достигающая -224°C, в то время как верхние слои атмосферы Нептуна могут колебаться в пределах -218°C. Следует отметить, что практически все планеты и объекты в нашей Солнечной системе подвержены жестким условиям, проявляющимся как экстремальная жара, так и холод. Таким образом, разнообразие температурных режимов создает захватывающую картину разнообразия, которое существует в нашем космосе.
