Чем выше тем холоднее или теплее воздух
Чем больше высота, тем холоднее
Мы живем на дне воздушного океана, окутывающего Землю, а наши перемещения в толще этого незримого океана минимальны. Мы буквально прижаты к самой поверхности, редко поднимаемся на высоты более нескольких десятков метров. А подъемы на сотни метров и километры (при полетах на самолетах, походах в горы или прыжках с парашютом) случаются очень редко. Однако в эти моменты мы можем понять, что с ростом высоты атмосфера нашей планеты изменяется— она становится более холодной и разреженной.
Это подтверждает устоявшееся мнение о том, что с набором высоты становится все холоднее. Доказательством тому служит и информация о температуре воздуха за бортом во время полета на самолете. Все это так — с ростом высоты температура равномерно падает, достигая отрицательных величин. Но так происходит только до определенного момента, после которого атмосферу начинает буквально «лихорадить».
Земная атмосфера условно разделена на несколько слоев, обладающих различными физическими и химическими свойствами. В каждом из этих слоев наблюдается своя динамика изменения температур, и в этом есть немало удивительного.
Как объяснить рост температуры в стратосфере? В этом слое происходят довольно сложные явления, однако нагрев обеспечивается благодаря взаимодействию ультрафиолетового излучения с молекулами элементов, слагающих воздух, — в основном азота и кислорода. Ведь именно в стратосфере находится озоновый слой, как раз и образующийся из кислорода под воздействием жесткого ультрафиолета.
Термосфера, лежащая над мезосферой, получила свое название как раз из-за господствующих в ней высоких температур. На высотах в 250-300 км она становится по-настоящему горячей — до + 1700 °С!
Здесь необходимо сделать одно очень важное замечание. О температуре в привычном нам понимании этого слова можно говорить лишь до высот порядка 100 км. Дело в том, что с ростом высоты плотность атмосферы резко падает — более 80 % массы атмосферного воздуха сосредоточено в тропосфере. А на высотах в 120-150 км (то есть фактически в атмосфере!) уже летают искусственные спутники и космические корабли. Известно, что температура газов определяется скоростями составляющих их молекул, вот и получается, что на больших высотах, где воздух крайне разрежен, молекулы и атомы движутся с большими скоростями, эквивалентными температурам от +400 до +2000 °С и более. Но этих молекул так мало, что они практически не в состоянии сколько-либо заметно поднять температуру летающих в термосфере, а также в экзосфере (следующем слое, располагающемся на высотах от 800 до 2000-3500 км) космических аппаратов.
Итак, с ростом высоты температура сначала падает, потом растет, потом снова падает и снова растет. Поэтому, с физической точки зрения, нельзя говорить о постоянном похолодании с набором высоты. Однако из-за резкого снижения плотности воздуха с высотой эти температурные колебания практически сглаживаются: ни сильнейший мороз на отметке в 85 км, ни 2000-градусная жара на высоте в 250 км практически не ощущается спутниками и людьми в скафандрах. Температуры тел на таких высотах уже в значительной степени зависят от солнечного нагрева, а не от степени теплоты атмосферы.
Почему в горах холодно
Большинство людей, в основном из фильмов, фотографий и всевозможных историй, знают о том факте, что высоко в горах намного холоднее, чем на поверхности Земли. Однако о том, почему подобное явление наблюдается там, знают далеко не все люди. Поэтому сегодня рассматриваемый вопрос будет касаться того, почему воздух в горах холоднее, чем на Земле.
Казалось бы, горы находятся намного ближе к Солнцу, чем поверхность Земли. Именно поэтому воздух там должен быть более теплым, однако в действительности все происходит с точностью до наоборот.
Почему на вершине горы холодно
Для того чтобы понять, почему чем выше в горы, тем холоднее, нужно вспомнить о том, почему на поверхности Земли температура находится на пригодных для жизни показателях.
Дело в том, что солнечные лучи, доходя до поверхности Земли, а также объектов, находящихся на ней, воздействуют на все физические объекты, запуская процесс нагрева. Таким образом, когда объекты нагреваются, они начинают нагревать и воздух вокруг себя. Чтобы понять, как происходит данный процесс, стоит вспомнить, как нагревается воздух вокруг костра. Даже не поднося руки к огню, можно ощущать горячий, обжигающий воздух на своих руках и теле, сидя рядом с пламенем.
Таким образом, ключевым фактором теплого воздуха на Земле, если убрать из этой цепочки Солнце, является поверхность нашей планеты, которая нагревается и нагревает своим теплом воздух.
Теперь стоит вернуться к вопросу о том, почему в горах холодно, а внизу тепло. В горах, как известно, объектов, которые способны нагреться от солнечных лучей не так много, а воздушные массы там преобладают повсюду. Соответственно, лучи нашего естественного светила просто-напросто проходят сквозь атмосферу, не нагревая воздух. Следовательно, чем выше вы находитесь, тем ниже температура воздуха наблюдается вокруг вас.
Интересно также и то, что происходит с воздухом, нагретым от поверхности Земли. Дело в том, что физика движения нагретого воздуха такова, что он начинает свое движение вверх. Это касается не только кислорода, но и любых других газов – при нагревании они движутся вверх. Но при подъеме нагретого кислорода он постепенно начинает расширяться. А расширяющимся газам свойственно другое явление – снижение температуры. Таким образом, нагретый воздух начинает остывать и вновь направляться вниз. Вот такой интересный круговорот происходит в атмосфере нашей планеты за счет вполне объяснимого физического явления нагрева поверхности Земли.
Почему чем выше в горы, тем холоднее?
Вообще странно, конечно, согласитесь. Ведь чем выше, тем ближе к светилу. И все мы из курса физики знаем, что теплый воздух поднимается вверх от земли и расположен гораздо выше холодного. Но как только вы идете в поход по горам, понимаете: здесь что-то не так. Чем ближе к вершине, тем холоднее.
Дело в том, что температура воздуха в горах зависит совершенно от других причин. Ближе к земле – теплее не от воздуха, а от самой земли. Сейчас попытаемся объяснить.
Сам по себе воздух нагревается очень плохо, не зависимо от того, где он находится: выше от земли или ближе к ней. Говоря языком физики, теплопроводность воздуха – низкая. То есть луч солнца идет сверху, сквозь воздух и…практически ничего с ним не делает. Воздух не нагревается. А вот земля или вода (если луч падает на водоем) как раз принимает этот луч, вбирает в себя, достаточно быстро нагревается сама и… отдает тепло вверх, воздуху.
Так что: где теперь, по-вашему, должно быть теплее? То-то же. Около пятнадцати километров прогревает собой нагретая солнцем земля, отдавая энергию воздуху. Вот и получается: чем дальше, выше от поверхности планеты, тем воздух холоднее.
А в горах-то воздух и вовсе разреженный. А разреженный воздух, как мы знаем, передает еще меньше тепла, такое уж у него свойство благодаря пониженной плотности. Ведь что такое плотность? Количество молекул на единицу объема. Чем молекул меньше, тем меньше их участвует в процессе передачи тепла.
Исследователи подсчитали, как же именно понижается температура воздуха при удалении от поверхности земли: через каждый километр вверх – минус шесть градусов по Цельсию.
Вы можете посмотреть комментарии или написать свой.
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Пытливые умы наверняка обращали внимание на любопытную природную особенность: Южный полюс значительно холоднее Северного, однако в странах Южного полушария зимы гораздо теплее северных.
Почему в Аргентине, Австралии и Южной Африке нет таких же суровых зим, как в России и Канаде?
Почему Южный полюс холоднее Северного?
«Север» – понятие, с которым обычно ассоциируют суровые зимы и пронизывающие ветра, в то время как «юг» выступает антиподом негостеприимной стихии.
Однако стоит учитывать то, что Антарктида покрыта многокилометровым слоем льда, а потому Южный полюс оказался выше уровня моря почти на 2,8 тыс. метров. Воздух является плохим проводником, из-за чего тепло плохо проникает в верхнее воздушное пространство.
Однако это всё равно куда холоднее тропического и экваториального климата. Почему в таком случае в странах Южного полушария нет таких же суровых зим, как в Норвегии, Финляндии, России и Канаде?
Почему в странах Южного полушария тёплые зимы?
Счастливых жителей Патагонии и Океании, а также беззаботных африканцев спасает от зимы наличие вокруг Антарктиды Южного океана. Холодные воздушные массы, образующиеся над полюсом, добираются до соседних материков уже прогретыми от воды.
Северному полушарию повезло меньше. Жители России и Канады находятся далеко от океанов и крупных водоёмов – тепловых резервуаров, которые дольше хранят тепло и смягчают перепады температур. Поэтому на материках господствует континентальный климат: суровая зима и жаркое лето с малым количеством осадков.
Климатическая карта поясов планеты. В России, странах Скандинавии и Канаде самый распространённый климат – континентальный. В Южном полушарии его нигде нет
Кроме того, даже крайние точки стран Южного полушария несопоставимы по широте с холодными регионами России. Самые южные места Аргентины и Чили находятся на 55° и 56° ю.ш. соответственно – это соответствует координатам Москвы.
Лишь в этих регионах Южной Америки температура доходит до 0°С. В Австралии это 43° ю.ш. – широта Сочи. Даже в холодные месяцы термометр там не опускается ниже +3°C, и только горы покрыты снегом. В остальных регионах климат умеренный или тропический, круглый год тепло.
Патагония, южный регион Аргентины, сочетает тёплый климат на равнинах и холодный в горах
Благодаря близости к океану климат в странах Южного полушария гораздо мягче, чем в странах Севера. Кроме того, в Аргентине и Чили нет крупных городов, расположенных на той же широте, что в России. Потому жители этих стран не привыкли к суровым зимам и низким температурам.
Почему зимой холодно, а летом тепло?
«Почему летом жарко?» — этот детский вопрос очень актуален, учитывая время года. Зимой его заменит другой – «Почему зимой холодно?», сопровождаемый попыткой согреть через варежки замерзшие ладошки. В нашей новой рубрике «Почемучки» мы будем регулярно отвечать понятным и простым языком на самые интересные вопросы дошколят и школьников.
Кстати, свои вопросы для наших «Почемучек» вы можете предложить в личные сообщения наших групп в социальных сетях: там вас ждет уникальный и интересны контент: ВКонтакте, Facebook, Одноклассники
Ответ на вопрос: причина в угле наклона оси Земли
Наша планета Земля движется вокруг Солнца, а сама земная ось расположена под углом к плоскости этого движения.
Вокруг Солнца Земля вращается по эллиптической орбите, близкой к круговой, со скоростью около 107 000 км/час в направлении с запада на восток. Среднее расстояние к Солнцу 149 598 тыс. км
Из-за эллиптической формы орбиты расстояние между Землей и Солнцем разнится. Ближайшая на орбите точка к Солнцу называется перигелий – в этот момент до звезды примерно 147 млн километров. Самая дальняя носит название «афелий» – 152 млн км. 3% разницы в расстоянии приводят к примерно 7% разницы в количестве солнечной энергии, которую Земля получает в момент нахождения в этих местах орбиты.
Но главное, что изменяется не расстояние, а угол падения солнечных лучей на поверхность, — потому и существуют времена года.
Ось планеты образует с орбитальной плоскостью угол 66,56°. Соответственно, плоскость экватора образует угол 23,44° с плоскостью эклиптики.
Если бы не этот наклон, то день и ночь в любом месте Земли были бы одинаковыми по продолжительности, а днем Солнце в течение всего года поднималось бы на одну высоту.
3 географических причины смены времен года
Сезонные изменения продолжительности светлого времени суток: летом дни длинные, а ночи короткие; зимой их соотношение меняется на обратное.
Сезонные изменения высоты полуденного стояния Солнца над горизонтом. Летом в умеренных широтах в полдень Солнце находится ближе к зениту, чем зимой, и, следовательно, одинаковое количество солнечной радиации летом распределяется на меньшей площади земной поверхности.
Сезонные изменения длины пути прохождения солнечных лучей в атмосфере влияют на степень их поглощения. Находящееся низко над горизонтом Солнце дает меньше тепла и света, чем Солнце, расположенное высоко, ближе к зениту, поскольку солнечные лучи в первом случае преодолевают более мощный слой атмосферы.
Экватор не отдаляется от Солнца, там нет зимы и лета?
Конкурс
В этот раз мы не попросим вас что-нибудь посчитать, как это было в материале «Почему море соленое?». Присылайте нам в социальные сети свои «почемучки»: это может быть вопрос, который волновал вас в детстве, а может быть и вопрос, который недавно задал ребенок или ученик. Среди всех участников мы выберем 3 самых интересных вопроса и наградим их авторов книжными призами!