Топырақтың жылу құбылымы

Ауа райы әрқашанда топыраққа өз ықпалын тигізеді. Оның жыл мезгіліндегі өзгерістері топырақтың температурасының құбылмалы болуына және оның қабаттарында өтіп жатқан топырақтың дамуы процестеріне мәнді үлес қосады. Топырақтың жылу құбылымына байланысты өсімдіктердің көктеп өсуі және пісіп жетілуі немесе дамуының тежелуі байқалады. Жер бетінде өсімдіктердің аймақтық заңдылықтарды сақтай таралуының басты себептерінің бірі топырақтың жылу құбылымының қалыптасуына байланысты. Сонымен бірге өсімдік тамырларының жайылуы, олардың қоректік заттарды сіңіруі, өсімдіктердің ылғалды буландыруы, өнім мөлшерін қалыптастыруы топырақтың жылу құбылымымен сыбайлас. Топырақ құрамындағы микроағзалардың дамуы, олардың қарымталы әрекеті, органикалық және минералды қосылыстардың ыдырауы, өзгеруі құбылыстары да топырақтың жылу құбылымына тәуелді.

Топырақтың жылу құбылымының қалыптасуына басты ықпал жасаушы күн сәулесі энергиясы. Жер қабығының жоғарғы қабаттарында өтіп жатқан химиялық, биологиялық, радиациялық құбылыстардан пайда болған жылудың және жердің ішкі қабаттарынан келіп жететін жылудың топырақ температурасына әсері шамалы болып келеді.

Бетіне түскен күн сәулесі энергиясын топырақ өзіне сіңіріп жылу энергиясына айналдырады және оны төменгі қабаттарына өткізеді. Күн нұры энергиясының бір бөлігі топырақ бетінен шағылысады. Топырақтың бетінің температурасы оған жанаса орналасқан атмосфера температурасынан жоғары болса ол ауаға жылу таратады. Топырақтың сіңірген күн сәулесі энергиясымен өзінен ауаға таратқан жылу мөлшерінің ара қатынасына байланысты ол немесе қызып жылиды немесе салқындайды. Осы құбылыстарға ықпалын тигізетін жағдайлар: топырақтың түсі, түйіртпектілігі, өсімдік жамылғысы, ылғалдығы және оның жылу қасиеттері.

Топырақтың жылу қасиеттері: жылу сіңіру қабілеті, жылу сыйымдылығы, жылу өткізгіштігі.

Жылу сіңіру қабілеті топырақтың күн нұры энергиясын сіңіру қасиетінің мөлшерін сипаттайды. Оны альбедо (А) көрсеткішімен өлшейді. Альбедо – топырақ бетіне жетіп түскен жалпы күн сәулесі радиациясының топырақ бетінен шағылысқан қысқа толқынды күн сәулесі радиациясы үлесін көрсетеді. Ол пайызбен есептелінеді. Альбедо көрсеткіші шамалы болса топырақ күн сәулесін мол сіңіріп қызады, ал керісінше болғанда оның жылуы тежеледі. Альбедоның мөлшері топырақтың түсіне, ылғалдылығына, түйіртпектілігіне, тегістігіне және оның өсімдік жамылғысына байланысты. Мысалы: құрғақ қара топырақтың осы көрсеткіші 14%, ылғалды қара топырақта ол 8%. Құрғақ сұр топырақта альбедо көрсеткіш 25-30% құрайды, ал ылғалды сұр топырақта ол 10-12% болады.

Ашық түсті, құрғақ топырақтарға қарағанда қарашіріндісі мол, күңгірт түсті және ылғалды топырақтар күн сәулесі энергиясын өзіне мол сіңіреді.

Топырақтың жылу сыйымдылығы 1г немесе 1см³ топырақты 1ºС-қа қыздыру үшін қажет жылу калориясымен сипатталады. Жылу сыйымдылық топырақтың гранулометриялық және минералды құрамына, органикалық заттар мөлшеріне, ылғалдылығына, түйіртпектілігіне байланысты. Ылғалды топырақтың жылу сыйымдылығы құрғақ топыраққа қарағанда мол. Құмайт топыраққа қарағанда балшықты, құмбалшықты гранулометриялық құрамды топырақтардың жылу сыйымдылығы артық. Балшықты және ылғал топырақтар баяу қызып мол жылу сіңіреді және біртіндеп–біртіндеп баяу салқындайды.

Топырақтың жылу өткізгіштігі оның өзінен жылуды өткізу қабілетімен сипатталады. Осы қабілетіне байланысты жылу беру қасиеті қалыптасады. Топырақтың жылу өткізгіштігі 1 секундта ауданы 1 шаршы см, қалыңдығы 1см топырақтан өтетін жылу калориясымен есептелінеді. Топырақтың жылу өткізгіштігіне ылғалдылығының және оның құрамындағы ауаның мөлшері ықпал жасайды. Ауасы мол, құрғақ топырақтың жылу өткізгіштігі ылғалды топыраққа қарағанда біршама төмен.

Топырақта жылудың жиналуы, таралуы және жұмсалуы құбылыстарының жиынтығын оның жылу құбылымы (режимі) деп аталынады. Жылу құбылымының басты көрсеткіші топырақтың температурасы болып саналады.

Топырақтың температурасына күн сәулесі радиациясының мөлшері, аймақтың ауа райы, жер бедері, топырақтың қасиеттері, өсімдік және қар жамылғысы әсерін тигізеді.

Күн нұры энергиясының жер бетіне түсуінің тәуліктік және жылдық өзгерісіне байланысты топырақтың жылуы өзгермелі болып келеді. Топырақтың ең жақсы қызған мезгілі күндіз сағат 13 шамасында, ал ең салқын кезі – тәңертең күн шығар алдында. Жыл мезгілі ішінде жаз айларында жылу топырақтың үстінен астынғы қабаттарына таралып, оның қызуы, ал қыс айларында, керісінше, жылу топырақтың астынғы қабаттарынан үстіне қарай таралып, оның салқындауы байқалады.

Топырақтың жылу құбылымын сипаттау үшін оның 20см тереңдіктегі қабаттының 10ºС –тан жоғары температурасының (белсенді температурасының) қосындысы көрсеткішін қолданады (23-кесте).

23-кесте. Топырақтың жылумен қамтамасыз етілуін бағалау

Қазақстаның солтүстік өңірінің топырақтарының жылуымен қамтамасыз етілуі орташадан жоғары, ал оңтүстік өңірінде - өте жақсы болып келеді.

Топырақтың жылдық орташа температурасына және оның тоңазуының сипатына қарай оның жылу құбылымын В.Н.Димо (1972) 4 типке бөледі. Олар: тоңды, ұзақ мерзімді тоңазыйтын, мерзімді тоңазыйтын және тоңазымайтын топырақтар.

Топырақтың тоңды жылу құбылымы оның температурасы орташа есеппен жыл ішінде теріс көрсеткішті болып келетін аймақтарда қалыптасады.

Ұзақ мерзімде тоңазыйтын жылу құбылымы бар топырақтар орташа жылдық температурасы оң болып келетін, ал топырақтың тоңазуы 1м – ден кем емес, бірақ ол көпжылдық тоң қабаттарына барып қосылмайтын аймақтарда кездеседі. Топырақтың тоңазуы 5 айдан асады.

Мерзімді тоңазыйтын жылу құбылымы бар топырақтардың орташа жылдық температурасы оң болып келеді және оның тоңазуы 5 айдан аспайды.

Тоңазымайтын жылу құбылымы бар топырақтар жыл мезгілі ішінде қатпайды. Ауа райы жылы, аязды күндер байқалмайтын аймақтарда қалыптасады.

Топырақтың экологиялық қызметінің белсенділігін арттыру үшін оның жылу құбылымын реттеу шараларын жүргізеді. Олар топыраққа түсетін күн сәулесі энергиясын және топырақтан атмосфераға шығындалатын жылуды молайту немесе кеміту тәсілдерін қолдануға бағытталған.

Солтүстік аймақтарда топыраққа түсетін күн сәулесінің шамалы болуына байланысты топыраққа жылу жинау шараларын іске асырады, ал оңтүстікте–топырақтың қатты қызуын тежеу үшін қолданылатын шараларды іске асырады.

Топырақтың қатты қызуын тежеу шаралары: оның бетіне ұсақ ақ түсті майда өсімдік қалдықтарын немесе басқа қалдықтарды шашу, ұзын бойлы өсімдіктер егіп, топырақ бетіне көлеңке түсіру, суару, топырақты баптап өндеу. Ал топырақты жылыту шараларына көтереңкі жүйектер, атжалдар салу, қара түсті қалдықтарды топырақ бетіне шашу, жылыжайлар пайдалану жатады. Сонымен бірге қыста топырақтың терең қабаттары тоңазымас үшін оның үстіне қалың қар қабатын жинақтау шаралары қолданылады.