Sự trao đổi khí giữa không khí đất và khí quyển là quá trình xảy ra một cách thường xuyên, liên tục và có ý nghĩa đặc biệt quan trọng trong việc điều hoà chế độ không khí đất. Quá trình trao đổi giữa không khí đất và khí quyển xảy ra nhờ sự kết nối liên tục của các khe hở chứa không khí. Khi sự thông nhau giữa các khe hở chứa
không khí bị gián đoạn do đất quá chặt hay đất bị ngập nước thì quá trình trao đổi này bị ảnh hưởng nghiêm trọng. Quá trình trao đổi khí diễn ra mạnh hay yếu là do sự tác động của một số yếu tố như sự thay đổi về nhiệt độ, áp suất và độ ẩm đất. Sự trao đổi khí giữa không khí đất và khí quyển xảy ra theo 2 cơ chế, đó là quá trình khuếch tán của các phân tử khí và quá trình di chuyển của cả khối khí.
- Quá trình khuếch tán:
Đây là quá trình trao đổi khí chính của đất. Sự khuếch tán của mỗi loại khí phụ thuộc vào hệ số khuếch tán của chúng. Đó là trị số được quyết định bởi tốc độ chuyển động nhiệt và chiều dài bước nhảy tự do. Chiều hướng khuếch tán của các phân tử khí phụ thuộc vào sự chênh lệch nồng độ giữa không khí đất và khí quyển. Phân tử khí sẽ khuếch tán từ nơi có nồng độ cao tới nơi có nồng độ thấp. Như vậy oxy luôn có xu hướng khuếch tán từ khí quyển vào đất và ngược lại cácboníc khuếch tán từ không khí đất ra ngoài khí quyển.
Quá trình khuếch tán nhanh hay chậm do nhiệt độ quyết định. Khi nhiệt độ tăng thì chuyển động của các phần tử khí tăng nhanh nên tốc độ khuếch tán nhanh hơn.
Sự khuếch tán của các phân tử khí trong. đất nhanh hay chậm còn phụ thuộc vào tổng lượng khe hở và ẩm độ đất. Tốc độ khuếch tán xảy ra nhanh ở những loại đất có độ xốp lớn, kích cỡ khe hở lớn (như đất cát) và ẩm độ nhỏ. Hệ số khuếch tán của một số loại khí trong điều kiện nhiệt độ tiêu chuẩn (250C) và áp suất khí quyển như bảng 5.4.
Quan sát bảng 5.4 ta thấy hệ số khuếch tán của các loại khí trong môi trường không khí nhanh hơn tới khoảng 10.000 lần so với trong môi trường nước. Điều này cho thấy khi đất có độ ẩm cao, các khe hở trong đất chứa đầy nước thì quá trình khuếch tán của oxy từ khí quyển vào trong đất hay khuếch tán của cacbonnic từ trong đất ra khí quyển là rất khó khăn và không đáng kể.
-Sự di chuyển của cả khối khí:
Đây là quá trình di chuyển của cả khối khí từ khí quyển vào đất hoặc ngược lại, góp phần thay đổi thành phần không khí đất. Quá trình luân chuyển này phụ thuộc vào nhiều tác nhân như sự thay đổi về nhiệt độ, áp suất, ẩm độ đất, gió … Nói chung quá trình này xảy ra do sự chênh lệch về áp suất giữa khối không khí đất và khí quyển. Khối khí sẽ di chuyển từ nơi có áp suất cao tới nơi có áp suất thấp. Vì áp suất của khí quyển là tương đối ổn định nên tất cả các quá trình làm tăng áp suất của khối không khí đất như tăng nhiệt độ đất, tăng ẩm độ do mưa hay tưới, sự hình thành các loại khí do quá trình sinh học hay hoá học đều đẩy khối không khí đất ra ngoài khí quyển. Ngược lại các quá trình làm giảm áp suất của khối không khí đất như giảm nhiệt độ, ẩm độ, sự tiêu hao oxy qua hô hấp của sinh vật sẽ tạo nên sự di chuyển của khối không khí từ khí quyển vào đất.
Bảng 5.4. Hệ số khuếch tán ở điều kiện nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn
Loại khí Hệ số khuếch tán
Trong môi trường không khí
C02 1,64 x 10-5
O2 1,98 x 10-5
Hơi nước 2,56 x 10-5
Trong môi trường nước
C02 1,6 x 10-9
O2 1,9 x 10-9
N2 2,3 x 10-9
Sự di chuyển của dòng không khí trong đất có điểm giống và khác so với sự di chuyển của nước trong đất. Sự giống nhau của sự di chuyển của dòng không khí và nước là tốc độ và chiều hướng di chuyển của chúng đều phụ thuộc vào sự chênh lệch về áp suất. Sự khác nhau của sự di chuyển của dòng khí và dòng nước có nhiều nguyên nhân. Ví dụ: Nước bị ảnh hưởng nhiều của trọng lực nên luôn có xu hướng di chuyển xuống tầng sâu khi lực giữ nước của đất nhỏ hơn trọng lực, nhưng không khí ít bịảnh hưởng của trọng lực do có tỷ trọng nhỏ. Mặt khác nước thường bịđất hút với lực tương đối lớn tạo ra lực hút mao quản nhưng lực hút của đất với không khí là không đáng kể