E3 Física do Solo como Meio Poroso

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O solo é um meio poroso composto por três fases simultaneamente — sólida, líquida e gasosa — e são precisamente as propriedades hidráulicas desse meio poroso que determinam como a água, o calor e os solutos dissolvidos se movem através dele.

A textura do solo, ou seja, a proporção de areia, silte e argila que o compõem, controla a distribuição do tamanho dos poros, e é precisamente essa distribuição de tamanho que determina tanto a condutividade hidráulica saturada do solo quanto sua curva de retenção de água. A estrutura do solo, formada por seus agregados e macroporos, pode modificar profundamente essas mesmas propriedades, especialmente criando caminhos preferenciais pelos quais a água flui muito mais rapidamente do que pelo resto do solo.

A curva de retenção de água descreve a relação entre o conteúdo volumétrico de água do solo e seu potencial mátrico: quando esse conteúdo de água é alto, em um solo úmido, o potencial mátrico se aproxima de zero e a água drena livremente. Quando o teor de água é baixo, em solo seco, o potencial mátrico pode atingir valores tão baixos quanto -1.500 quilopascais, o ponto conhecido como murcha permanente, além do qual as raízes não conseguem mais extrair água do solo.

O modelo de van Genuchten é o ajuste empírico mais amplamente utilizado para descrever essa mesma curva de retenção de água, e seus parâmetros, como tudo o mais neste documento, dependem da textura específica de cada solo. A condutividade hidráulica não saturada, por sua vez, cai drasticamente à medida que o solo seca, seguindo a relação de Mualem; é precisamente essa queda acentuada que torna cada vez mais difícil para a água se mover dentro de um solo que já perdeu uma parte significativa de sua umidade.

Na camada mais superficial do solo, entre os primeiros vinte e cinquenta centímetros de profundidade, o calor e o vapor de água são transportados de forma acoplada: o calor se move por condução, seguindo a lei de Fourier, conforme descrito anteriormente, e é precisamente a temperatura do solo que faz com que esse vapor de água se mova, dentro do próprio solo, em direção a áreas mais frias.

O comportamento esperado de todo esse sistema inclui uma onda de calor que penetra no solo, perdendo amplitude exponencialmente e tornando-se cada vez mais retardada à medida que avança em profundidade — um comportamento caracterizado pela difusividade térmica de cada tipo de solo. Assim, desde as três fases com as quais este documento se inicia até a onda de calor amortecida com a qual se conclui, levando em consideração a textura, a curva de retenção de água e a condutividade hidráulica não saturada, a física do solo como um meio poroso implica que a água, o calor e os solutos que se movem no subsolo são, em última análise, regidos pela mesma estrutura porosa que define cada tipo de solo.

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