A talaj felszíne alatt miért van melegebb, mi a fizikája / kémiája?

A föld belső hőjének hatása minimális. Gyakorlatilag az év melegebbik és napfényben gazdag részének hője tárolódik, lassabban vész el, ha hőszigetelő réteg fedi. (egyúttal a meleg is lassabban jut le, a felszínen a január, de 50 cm mélyen a február a leghidegebb hőmérsékletű hónap)

A mélyebb talajrétegeket pedig rengeteg hőszigetelő réteg fedi, szóval minimális a hőcsere, hosszú-hosszú idő alatt beálltak az éghajlatunknak megfelelő állandó hőmérsékletre és azon is maradnak (pl. barlangok 10 °C körüli hőmérséklete).

"MIÉRT szigetel?"

Itt a szigetelés is fontos, de nem azon van a hangsúly, hanem a hőkapacitáson, hőtároláson, hőtehetetlenségen.

Sokmillió tonnányi kő, fölötte szintén sok-sok tonnányi szigetelő talaj együtt nem tud az éves hőmérséklet-változással együtt hűlni-melegedni, ott áll az éves átlag körül.

És minél lejjebb mész, annál több e hőutánpótlás a magmaköpenyből.

Wadmalac kitért a magmaköpenyből történő hőutánpótlásra, ez is igaz, de picit ezen összefüggésben megtévesztőnek érzem. (De nem én pontoztam le.)

Ha teljesen eltekintünk a Föld belsejében a hőforrástól és a Föld gömb alakjától is, és úgy tekintjük a talajt, mint egy (mélységre) félvégtelen testet, akkor is az igaz, hogy a végtelen mélye - a végtelennek tekinthető hőkapacitása és a felszíntől való végtelen távolsága miatt - végtelen idő alatt beállt az éghajlatunkon jellemző éves középhőmérsékletre, és csak a felszín alatti max tizenvalahány méter az, aminek hőmérséklete még érdemben ingadozik legalább egy-két fokot.

Az, hogy a fagyhatár 80 cm, óvatosabb esetben 1 m, azt jelenti, hogy éghajlatunkon rendkívül ritkán fordul elő, hogy egy huzamosabb téli hidegnél még ott is elérje a nulla fokot. De egy szokásos januárban ennél jóval enyhébbre hűl csak le olyan mélyen.

Ahogy Wadmalac írta, a hőtároló képesség hatalmas, mert nagy helyen sok, nagy fajlagos hőkapacitású anyag (talajvíz) foglal helyet. De azért a kőzet hőkapacitása se túl kicsi. A hőszigetelés is fontos, lehet, hogy a víz amúgy rossz hőszigetelő, de a rétegvastagság több deciméter, méter. Ez azért jóval több, mint egy kabáté, bár a kabát néhány mm-cm-ében a levegő szigetel elsősorban, ami viszont (adott rétegvastagság mellett) több tízszer, majdnem százszor hőszigetelőbb, mint a tömör kőzet vagy a porózus, de nyirkos talaj.

A napi hőingás is "behatol" a talajba, de behatolási mélysége a rövidebb periódusidővel négyzetgyökösen kisebb, tehát a napi hőingás a talajt még egy méter mélyen sem éri el, jarulékosan hozzáadódva az éves ingáshoz. Ráadásul a napi hőingás télen (amikor a fagyveszély kritikus ügy), mindössze pár fok, míg nyáron ennek többszöröse.

Ami érdekes még, hogy a hőmérséklet nemcsak csillapodva hatol a talajba, de hullámokban halad lefelé: több méter mélyen pont nyáron van a leghidegebb, télen a legmelegebb, persze ez ott már csak pár fokos ingást jelent a kb 11 fokos középérték körül.

A talajnak nagyon nagy az időállandója, mire lehűlne, már melegszik vissza. Képzelj el egy kondenzátort, amit hol töltesz, hol elkezdesz kisütni, de igazából a rajta lévő töltések száma érdemben nem változik, mert nem hagysz egyikre se elég időt (nagy kapacitás). Itt az időállandók éves nagyságrendűek.

A hő eredete a Föld magjának hője (nagyobb részt), valamint a Nap hője.