![](https://edwardweinert.com/wp-content/uploads/2023/03/rus-tank.jpg)
Kiedy zniknie błoto i ruszą czołgi?
Czasami fizyka jest jak szwajcarski scyzoryk. Dostarcza narzędzia, które pomagają sprostać wyzwaniom czasu wojny i czasu pokoju. Tym razem wojna przyczyniła się do rozwoju rolnictwa i nawadniania. Poszukiwania rozwiązania problemów z błotem na polach II Wojny Światowej przyczyniły się do postępów prac w nawadnianiu upraw, zwiększeniu plonów i optymalizacji zużycia wody w rolnictwie.
Czołgi w błocie
Problemy z pokonywaniem miękkiego gruntu przez czołgi stały się widoczne już podczas I Wojny Światowej. Gdy w trakcie II Wojny Światowej teatr działań na froncie zachodnim znów przeniósł się do północno-zachodniej Europy wiedziano, że problem błotnistych nieprzejezdnych dróg i pól znów powróci.
![](https://edwardweinert.com/wp-content/uploads/2023/03/IWM-battle-of-passchendaele-3.jpg)
https://www.bl.uk/collection-items/photograph-of-a-british-tank-in-the-mud-third-battle-of-ypres
Niemcy boleśnie odczuli to na własnej skórze w czasie inwazji na Związek Radziecki w latach 1941-1944.
Ten sam błąd 80 lat później popełnili Rosjanie atakując w lutym 2022 roku Ukrainę i topiąc wiosną w błocie na ukraińskich polach swoje zagony pancerne, a przede wszystkim logistykę. Pomogło to Ukraińcom zatrzymać Rosjan i zmusić ich jeszcze tego samego roku do wycofania się z wielu obszarów.
![](https://edwardweinert.com/wp-content/uploads/2023/03/rus-tank.jpg)
Fizyk Howard Penman
W lutym 1944 roku w angielskim Królewskim Biurze Meteorologicznym rozpoczęto prace nad określeniem czynników wpływających na przejezdność wilgotnej gleby. Do zespołu dołączył fizyk Howard Latimen Penman, który jeszcze przed wojną zajmował się procesem parowania wody z gleby (ewaporacja). Penman był doskonałym praktykiem i potrafił znakomicie przygotować sprzęt do doświadczeń w warunkach wodnych.
![](https://edwardweinert.com/wp-content/uploads/2023/03/penman.jpg)
https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsbm.1986.0012
W lipcu 1944 roku powołano tzw. „Komitet Błotny”, który bazując na pracach Penmana miał zbadać przejezdność gruntu dla opancerzonych pojazdów gąsienicowych w zależności od wilgotności, a więc warunków pogodowych.
Mimo, że rok później wojna się skończyła i nie udało się osiągnąć wielu celów, to zbadano wiele czynników wpływających na ruch pojazdów po gruncie, a wyniki prac wykorzystano w powojennej inżynierii dróg, wojskowości oraz rolnictwie.
Wzór Penman-Monteith na parowanie wody z gleby
Po wojnie Penman wrócił do swoich badań nad parowaniem wody z gleby. Rezultatem jego prac jest słynny wzór Penman-Monteith określający referencyjną wartość parowania wody z gołego gruntu (ewaporacja) i roślinności (transpiracja) – ewapotranspiracja. Został on wypracowany i przyjęty przez FAO w latach 90-tych XX wieku, by ustandaryzować obliczanie ilość wody koniecznej do nawadniania roślin.
Na półkuli północnej wilgotność gleby ma swój cykl wynikający z warunków meteorologicznych. Gleba ma też swoją pojemność polową wody właściwą dla swojego rodzaju (piasek, glina), która określa ile wody jest wstanie zmagazynować. Pozostała część spływa z niej perkolując.
Późną jesienią i podczas zimy woda z opadów wsiąka w glebę, jednocześnie trwa parowanie, które nasila się wraz z długością dnia i wysokością Słońca na niebie, a więc temperaturą. W glebie zaczyna się pogłębiać deficyt wody, czyli trwa osuszanie. Poniżej ładny rysunek z angielskiej literatury opisujący cykl wilgotności gleby.
![](https://edwardweinert.com/wp-content/uploads/2023/03/soil-evapo.jpg)
https://www.lyellcollection.org/doi/10.1144/SP362.9
Wzór Penman-Monteith na parowanie – ewapotranspirację referencyjną:
![](https://edwardweinert.com/wp-content/uploads/2023/03/wzor-penman.png)
gdzie
ETo – ewapotranspiracja referencyjna [mm/dzień],
Rn – promieniowanie netto na powierzchni uprawy [MJ m2/dzień],
G – gęstość strumienia cieplnego gleby [MJ m2/dzień],
T – średnia dobowa temperatura powietrza na wysokości 2 m [°C],
u2 – prędkość wiatru na wysokości 2 m [m/s],
es – ciśnienie pary nasyconej [kPa],
ea – rzeczywiste ciśnienie pary [kPa],
es – ea – deficyt ciśnienia pary nasyconej [kPa],
D – nachylenie krzywej ciśnienia pary [kPa/°C],
g – stała psychrometryczna [kPa/°C].
![](https://edwardweinert.com/wp-content/uploads/2023/03/fao.jpg)
Dzięki ewapotranspiracji referencyjnej można porównywać obliczenia niezależnie od punktu geograficznego i wysokości nad poziomem morza.
Kiedy Ukraina ruszy do ofensywy?
Poniższy przykład wykorzystania ewapotranspiracji do wyznaczenia ewentualnego puntu, w którym wilgotność grunt pozwoli na działania ofensywne jest czysto hipotetyczny i pokazuje jedynie sam mechanizm, a wszelkie założenia są moje własne.
Informacje meteorologiczne pochodzą z otwartego archiwum IMGW dla jednej ze stacji meteo.
Poczynimy teraz kilka założeń:
- Załóżmy, że gleba po której mają jechać czołgi ma pojemność polową równą 210 mm (dobra gleba, bo tzw. piasek ma ok. 100 mm).
- Załóżmy też, że deficyt wody na poziomie 75% pojemności wystarcza by czołgi i logistyka ruszyły w teren.
- Kolejnym założeniem jest to, że po zimie gleba jest całkowicie nasączona wodą.
Poniższe wykresy przestawiają dwie sytuacje meteorologiczne na dwóch różnych glebach, na których zaznaczyłem moment osiągnięcia przez grunt 75% pojemności polowej.
Oczywiście bilans wodny nie może przekroczyć pojemności polowej, ani być ujemny, choć na wykresach nie wprowadzałem ograniczeń. Pokazują one jaka susza czasami dotyka regiony naszego kraju.
![](https://edwardweinert.com/wp-content/uploads/2023/03/ewapo-2020-glina.png)
![](https://edwardweinert.com/wp-content/uploads/2023/03/ewapo-2022-glina.png)
![](https://edwardweinert.com/wp-content/uploads/2023/03/ewapo-2020-piasek.png)
![](https://edwardweinert.com/wp-content/uploads/2023/03/ewapo-2022-piasek.png)
Jak można zauważyć termin rozpoczęcia działań w dużej mierze zależy od opadów i może różnić się nawet o miesiąc. Również mniejsza pojemność polowa gleby przyspiesza osuszanie. Ze względów pogodowych potencjalna ofensywa ukraińska w 2023 roku prawdopodobnie nie zacznie się wcześniej jak w drugiej połowie kwietnia, a może dopiero w maju.
Literatura:
- Biografia Howarda Penmana https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsbm.1986.0012
- Soil and water: research by the British Army’s Committee on Mud Crossing Performance of Tracked Armoured Fighting Vehicles in World War II
https://www.lyellcollection.org/doi/10.1144/SP362.9 - Crop evapotranspiration – Guidelines for computing crop water requirements – FAO Irrigation and drainage paper 56
https://www.fao.org/3/x0490e/x0490e00.htm
![](https://edwardweinert.com/wp-content/uploads/2023/09/don-jackson-wyatt-b9cU8k3VZNM-unsplash-75x75.jpg)
![](https://edwardweinert.com/wp-content/uploads/2022/09/pexels-pixabay-433124-75x75.jpg)