Nước giếng mùa hè mát, mùa đông ấm: nhiệt độ lòng đất giải thích thế nào

Nước giếng mùa hè mát, mùa đông ấm vì chỉ cách mặt đất vài mét, nhiệt độ của đất gần như không đổi quanh năm, xấp xỉ nhiệt độ trung bình cả năm của vùng đó. Mùa hè không khí nóng hơn mức trung bình nên nước giếng thấy mát; mùa đông không khí lạnh hơn nên nước giếng thấy ấm. Thực ra nước giếng chỉ thay đổi rất ít, cái thay đổi nhiều là không khí và cảm giác của bàn tay ta.

Ký ức giếng làng

Người lớn lên ở nông thôn miền Bắc đều nhớ: trưa hè nóng bức, kéo gàu nước giếng lên dội ào, mát lạnh cả người; dưa hấu thả xuống giếng ngâm buổi sáng, chiều vớt lên ăn mát như để tủ lạnh. Sáng mùa đông rét buốt, ra giếng múc nước rửa mặt lại thấy nước âm ấm, mặt giếng còn bốc lên làn hơi mờ. Cùng một cái giếng, hai cảm giác ngược nhau.

Giếng khoan sâu, nước máy lấy từ nước ngầm, hang động, hầm đất cũng có cùng đặc điểm: mùa nào cũng "mát vừa phải".

Đất là chiếc chăn dày, chậm thay đổi

Mặt đất nhận nhiệt từ Mặt Trời ban ngày, mất nhiệt ban đêm, nóng lên mùa hè, nguội đi mùa đông. Nhưng đất dẫn nhiệt rất kém và có nhiệt dung lớn, nhất là khi ẩm. Nhiệt từ mặt đất truyền xuống rất chậm, và mỗi lớp đất lại "nuốt" bớt một phần dao động. Kết quả:

Các con số trên là gần đúng, phụ thuộc loại đất, độ ẩm, lớp phủ. Điểm chung là: dao động nhiệt độ giảm rất nhanh theo độ sâu, và càng xuống sâu thì càng trễ pha. Ở độ sâu vài mét, đất có thể ấm nhất vào mùa thu và lạnh nhất vào mùa xuân, lệch hẳn so với không khí.

Con số cho miền Bắc

Lấy Hà Nội làm ví dụ. Nhiệt độ không khí trung bình cả năm vào khoảng 23–24 °C. Tháng nóng nhất (tháng 6–7) trung bình khoảng 29–30 °C, trưa nắng vượt 35 °C. Tháng lạnh nhất (tháng 1) trung bình khoảng 16–17 °C, đợt rét đậm xuống dưới 10 °C.

Nước giếng đào sâu vài mét đến chục mét thường ở quanh mức trung bình năm, cộng trừ vài độ tuỳ độ sâu và mùa. So sánh:

• Trưa hè: không khí 35 °C, nước giếng khoảng hơn hai mươi độ, chênh hơn 10 °C, dội lên người thấy lạnh.
• Sáng rét: không khí 10 °C, nước giếng vẫn khoảng hai mươi độ, chênh hơn 10 °C theo chiều ngược lại, nhúng tay thấy ấm.

Ở miền Nam, chênh lệch nhiệt độ giữa các mùa nhỏ nên hiệu ứng "đông ấm" ít rõ; nước giếng chủ yếu thấy mát hơn không khí. Ở vùng núi cao như Sa Pa, Đà Lạt, nhiệt độ trung bình năm thấp, nước giếng mát lạnh hơn hẳn đồng bằng.

Bàn tay là nhiệt kế đánh lừa

Da người không đo nhiệt độ tuyệt đối; nó cảm nhận nhiệt độ so với trạng thái quen thuộc và cảm nhận tốc độ mất hay nhận nhiệt. Trưa hè, da nóng, gặp nước hơn hai mươi độ là mất nhiệt nhanh, thấy lạnh. Sáng mùa đông, tay đang lạnh cóng, cùng nước ấy lại thấy ấm. Thí nghiệm ba chậu nước cổ điển cho thấy rõ: một tay ngâm nước nóng, một tay ngâm nước lạnh, rồi cùng nhúng vào chậu nước ấm, hai tay "báo" hai nhiệt độ khác nhau.

Vì vậy câu "nước giếng mùa đông ấm" đúng một nửa: nước ấm hơn không khí, nhưng nếu dùng nhiệt kế, có khi nước giếng mùa đông còn lạnh hơn một chút so với mùa hè.

Làn hơi bốc trên miệng giếng mùa đông

Sáng rét, nước giếng ấm hơn không khí. Không khí ngay trên mặt nước được làm ấm và ẩm lên, bốc lên gặp không khí lạnh phía trên thì hơi nước ngưng tụ thành những giọt li ti, ta thấy thành làn khói mờ. Cùng một cơ chế với sương bốc trên mặt sông, mặt hồ sáng mùa đông, và hơi thở ra thành "khói" khi trời lạnh (đề tài riêng ở site này).

Họ hàng: hang động, hầm, nhà đất và điều hoà địa nhiệt

• Hang động sâu có nhiệt độ gần như ổn định quanh năm, cùng nguyên lý.
• Hầm rượu, hầm chứa đào sâu để giữ nhiệt độ ổn định cho rượu vang, pho mát, nông sản.
• Nhà trình tường, nhà đất, nhà hầm ở nhiều vùng mát về mùa hè và ấm về mùa đông nhờ tường dày và nền đất tích nhiệt.
• Điều hoà địa nhiệt: ở nhiều nước, người ta chôn ống sâu dưới đất, dùng máy bơm nhiệt lấy đất làm nguồn mát mùa hè và nguồn ấm mùa đông, tiết kiệm điện hơn điều hoà thường.

Còn xuống rất sâu, hàng trăm mét, hàng cây số, thì nhiệt độ tăng dần vì nhiệt từ lòng Trái Đất, trung bình khoảng 25–30 °C mỗi cây số ở nhiều vùng. Nhưng giếng nước sinh hoạt không đủ sâu để cảm thấy điều này; suối nước nóng là nơi nước ngầm đi qua những vùng sâu hoặc nóng hơn rồi trồi lên.

Hiểu lầm thường gặp

• "Nước giếng tự đổi nhiệt độ theo mùa ngược với trời." Nước giếng đổi rất ít. Chính không khí đổi nhiều, làm cảm giác của ta đảo chiều.
• "Giếng càng sâu nước càng lạnh." Từ vài mét đến vài chục mét, nhiệt độ ổn định quanh mức trung bình năm. Xuống rất sâu thì nước lại ấm lên do nhiệt lòng đất.
• "Nước giếng mát là nước sạch." Nhiệt độ không cho biết chất lượng nước. Nước ngầm một số vùng đồng bằng Bắc Bộ và Nam Bộ được ghi nhận có asen (thạch tín) vượt ngưỡng, mắt không thấy, lưỡi không nếm được.

Tự quan sát / tự thử an toàn

1. Nhật ký nhiệt độ. Dùng nhiệt kế (loại đo nước bể cá hoặc nhiệt kế nấu ăn) đo nước giếng hoặc nước máy vừa xả ra lúc sáng sớm, cùng nhiệt độ không khí. Ghi mỗi tuần một lần trong cả năm. Vẽ hai đường: bạn sẽ thấy đường nước phẳng hơn và trễ hơn đường không khí.
2. Thí nghiệm ba chậu. Ba chậu nước: nóng vừa phải (chỉ ấm tay, không bỏng), nguội, lạnh có đá. Ngâm một tay vào chậu ấm, tay kia vào chậu lạnh trong một phút, rồi nhúng cả hai vào chậu nguội. Cảm nhận hai tay khác nhau.
3. Đo đất. Đào một hố nhỏ sâu khoảng 30 cm trong vườn (có người lớn), cắm nhiệt kế vào thành hố ở các độ sâu khác nhau vào giữa trưa và sáng sớm. Lớp đất sâu ít thay đổi giữa hai lần đo.
4. Ngâm dưa. Thử ngâm một quả dưa chuột trong xô nước giếng một giờ vào trưa hè, đo nhiệt độ dưa trước và sau.

An toàn: không cúi sát, không trèo lên thành giếng, không để trẻ nhỏ chơi gần giếng không có nắp. Không xuống giếng sâu: đáy giếng lâu ngày có thể thiếu ôxy hoặc tích khí độc, đã có những tai nạn chết người khi xuống nạo vét giếng. Nước giếng nên được xét nghiệm trước khi dùng để uống.