Regime térmico do solo

As camadas mais superficiais do solo encontram-se sujeitas a variações contínuas de temperatura, em resposta às alterações meteorológicas a que este está sujeito ao longo do ano.

Uma vez que a superfície do solo se encontra em contacto com o meio ambiente externo, pode- se assim retratar esta como uma superfície ativa, em que a sua temperatura é determinada pelo balanço entre o calor recebido pela radiação solar durante o período diurno, pelo calor perdido durante a noite por radiação para a atmosfera, pelas trocas de calor por condução e convecção com o ar exterior, pelas perdas de calor por evapotranspiração e pelas trocas de calor entre a superfície do solo e as camadas mais profundas. O fluxo de calor que é gerado no solo define assim o seu regime térmico, nomeadamente a variação da sua temperatura em função da profundidade, tempo e época do ano (Chesworth et al., 2016).

Segundo Chesworth et al. (2016), Pregitzer & King (2005) e Lal & Shukla (2004) o regime térmico do solo, nas suas camadas mais superficiais, pode ser caracterizado por dois tipos de ciclos, diário e sazonal (ou anual).

Observa-se na figura 2.9 um gráfico exemplificativo de um ciclo diário, apresentado no trabalho de Chesworth et al. (2016), exibindo as variações típicas de temperatura do solo em diversas profundidades para um dia típico de Verão. O padrão das temperaturas em função do tempo, em todas as profundidades consideradas, assume uma forma de onda sinusoidal em virtude das variações de temperatura exterior e da radiação solar incidente na superfície do solo. Observa- se que a amplitude térmica diminui com o aumento da profundidade do solo, ou seja, ocorre uma redução da diferença entre a temperatura máxima e a temperatura mínima, gerada pelo seu aquecimento durante o dia e pelo seu arrefecimento em período noturno. Além disso, pode verifica-se adicionalmente que a temperatura do solo, mediante o aumento da profundidade, tende a exibir um desfasamento temporal, nomeadamente um atraso, face às camadas mais próximas da superfície, atingindo o seu valor de pico em tempo posterior.

É de referir que este fenómeno ocorre em período de Inverno, porém existe uma inversão das temperaturas, no sentido de que as camadas mais longínquas da superfície indiciam uma temperatura mais elevada que a temperatura das restantes camadas situadas acima desta e, nomeadamente, da temperatura exterior.

Quanto ao ciclo sazonal das temperaturas do solo, apresentado na figura 2.10, este varia de forma semelhante ao ciclo diário, ou seja, a temperatura em função do tempo apresenta uma forma de onda sinusoidal. No entanto, verifica-se um atraso temporal e a atenuação da variação da temperatura do solo mais notório perante profundidades superiores. Nas suas camadas mais profundas verifica-se, assim, que a temperatura ao longo do ano tende a permanecer aproximadamente constante, em virtude da mitigação das influências das trocas de calor entre o subsolo e o ambiente externo. Em período de Verão, correspondente à zona central do gráfico, as camadas do solo mais afastadas da superfície apresentam valores de temperatura inferiores às verificadas pelas camadas mais próximas. Em oposição, durante o período de Inverno, representado nas extremidades do gráfico, a temperatura do solo na zona mais

Figura 2.9 - Variação diária da temperatura do solo para várias profundidades e para um dia típico de verão. Adaptado de Chesworth et al. (2016).

longínqua da superfície apresenta valores de temperatura superiores comparativamente às camadas situadas acima deste.

Segundo Bansal & Mathur (2009), a atenuação da temperatura do solo e o seu atraso mediante o avanço em profundidade, é justificado pela elevada inércia térmica do solo. De acordo com Spiga et al. (2011), a inercia térmica é governada pela condutibilidade térmica e pelo seu calor específico volumétrico, os quais, em conjunto, descrevem a capacidade do solo em absorver e armazenar calor nos períodos de aquecimento, assim como, da sua capacidade em dissipa-lo em tempo posterior.

Segundo Chesworth et al. (2016), os regimes térmicos do solo são influenciados principalmente pelas propriedades térmicas que lhe são inerentes e pelo balanço energético à sua superfície. Como vimos no subcapítulo 2.3, as propriedades térmicas dos solos variam em grande parte pelo conteúdo de água que este envolve. De acordo com Chesworth et al. (2016), as variações diárias e sazonais de temperatura podem ser reduzidas pelo aumento do conteúdo de água no solo, em virtude do aumento ocasionado da sua capacidade e condutibilidade térmica. À vista disso, apresenta-se na tabela 2.5 a amplitude térmica diária registada para diferentes profundidades, onde pode ser observado que os solos que geralmente apresentam maior conteúdo de água, como é o caso do solo argiloso, apresentam uma variação menos pronunciada da temperatura nas várias camadas consideradas comparativamente ao solo composto por areia.

Figura 2.10 - Variações sazonais de temperatura em várias profundidades, observado em Oxford (Reino Unido) em 1899 por Rambaut (1900) in Banks (2008).

Tabela 2.5 - Efeito do tipo de solo na amplitude térmica diária a diferentes profundidades. Adaptado de Baver et al. (1972) in Chesworth et al. (2016).

Profundidade [cm] Amplitude térmica [˚C]

Areia Argila Turfa

0 40,0 ˚C 21,5 ˚C 23,2 ˚C

5 19,4 ˚C 13,7 ˚C 13,9 ˚C

10 12,3 ˚C 7,7 ˚C 5,4 ˚C

20 4,8 ˚C 2,2 ˚C 0,7 ˚C

30 1,6 ˚C 0,6 ˚C 0,3 ˚C

Por outro lado, o comportamento térmico de um solo face à ação da radiação solar bem como das trocas de calor entre a sua superfície e o ar externo, pode ser alterado pelo tipo de cobertura que este possui. A utilização de vegetação constitui uma das possíveis soluções. Segundo Ahmed et al. (2016) e Cook (1989), a utilização de uma cobertura com relva permite minimizar a incidência direta da radiação solar sobre a superfície solo e, por consequência, diminuir as oscilações diárias e sazonais da temperatura da sua superfície e subsequentes camadas mais profundas. Além disso, Chesworth et al. (2016) refere que a utilização de vegetação atua como uma camada isoladora que permite diminuir as perdas ou os ganhos de calor em período de Inverno e de Verão, respetivamente. Apresenta-se na figura 2.11 um gráfico que compara a temperatura de um solo sem qualquer tipo de tratamento e de um solo coberto por relva curta. Verifica-se de forma clara a diminuição da temperatura do solo conseguido pela utilização de um solo relvado.

Por outro lado, Givoni (2007) revela outro tipo de estratégia para promover a proteção da superfície do solo face à incidência da radiação solar, nomeadamente cobrindo a superfície com uma camada de seixo e mantendo-a húmida durante o período da noite, por um sistema de irrigação. Para além desta estratégia proporcionar um abrigo à superfície do solo da radiação

Figura 2.11 - Variação da temperatura da superfície de um solo sem tratamento (descoberto) e um solo com relva. Adaptado de Ahmed et al. (2016).

solar incidente durante o dia, permite em período noturno aumentar as trocas de calor por condução e convecção entre o solo e o ar ambiente, e, as perdas de calor por evaporação. Por outro lado, Chesworth et al. (2016) referem que o aquecimento do solo gerado pelos efeitos da radiação é bastante dependente da latitude a que este se enquadra. A latitude define o ângulo de incidência dos raios solares sobre a Terra, assim sendo a radiação solar intercetada pela superfície do solo será diferente mediante a localização latitudinal a que este se enquadra. Segundo os autores, a variação da latitude é responsável pela maioria das diferenças dos regimes térmico dos solos e das diferenças de temperatura das camadas mais superficiais do solo. De acordo com Baver et al. (1972) in Chesworth et al. (2016) verifica-se que há um aumento gradual da temperatura do solo, em todas as profundidades consideradas por estes, mediante o aumento da latitude.