Почему чем выше тем теплее
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.
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 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.
Почему в городах всегда теплее, чем в деревнях?
В городе всегда теплее, чем в деревне. Этому есть объяснение
Погода в городах и деревнях
Изучением тепловых аномалий в городах впервые занялся британский ученый Люк Ховард (Luke Howard) в 1833 году. Именно благодаря ему научное сообщество официально признало, что в обставленных большими зданиями городах формируется свой микроклимат. Для каждого крупного населенного пункта характерны собственная средняя температура воздуха и особенности дуновения ветра. Особенности климата во многом зависят от количества зданий, их размеров и близости их расположения между собой. В больших и хорошо развитых городах всегда теплее, чем в маленьких — сооружения больше, выше, многочисленней и все они расположены максимально плотно.
Чем крупнее город, тем больше в нем теплее
Асфальт и каменные дома на протяжении солнечного дня сильно нагреваются и вечером, некоторое время, испускают тепло обратно. А вот в деревнях покрытых асфальтом дорог почти нет, а дома в основном сделаны из древесины. Такие сооружения не могут сильно нагреться и излучать столько же тепла, как и городские дома. Конечно, сегодня многие деревенские дома обшиты камнем, а крыши покрыты металлом. Только вот сооружения там состоят максимум из 2-3 этажей и расположены относительно далеко друг от друга. Поэтому накопленное в течение дня тепло очень быстро исправился и жители деревень вынуждены теплее одеваться, в то время как городские обитатели вечером долго не замечают спада температуры воздуха.
Асфальт — одна из причин, по которой в городах тепло
На температуру воздуха также сильно влияет ветер. Если на улице +25 градусов Цельсия, но при этом дует очень холодный ветерок, комфортной такую погоду никак не назовешь. В городе, благодаря плотно расставленным высоким сооружениям, гораздо легче найти безветренное место. Ну а в деревнях, как вы уже могли понять, ветер дует практически везде. Высокие здания также влияют на то, в каком количестве выпадают осадки в определенных частях города. Каменные сооружения, будто горные хребты, могут сделать так, что дороги одной части улицы будут полны луж, а другой — остаться идеально сухими.
Последствия урагана в Москве (1998 год)
Но иногда здания располагаются так, что в некоторых районах города ветра дуют гораздо сильнее, чем обычно. Это очень опасное явление, потому что сильные ветра могут с легкостью сорвать деревья и рекламные щиты. В 1998 году Москва сильно пострадала от урагана, потому что билборды будто бы превратились в паруса и уронили столбы, к которым были прикреплены. При всем этом это совершенно не значит, что в деревнях от ветра меньше бед. Во время сильных ураганов у деревенских домов часто сносит крыши. Как в городах, так и деревнях, из-за сильных ветров люди постоянно рискуют погибнуть.
Самый жаркий город в мире
В 2019 году самыми жаркими городами мира были признаны австралийские Таркула, Порт-Огаста и Ок-Валли. В середине января отметки термометров в этих населенных пунктах показали больше 50 градусов Цельсия. В то время жителям пришлось нелегко и они спасались от жары либо на пляжах, либо в помещениях с кондиционерами. Издание Daily Mail рассказывало, что местные дети даже поливали друг друга из ведер, но это их особо не спасало. Напомним, что впоследствии в Австралии вспыхнули большие пожары, которые уничтожили миллионы гектаров леса и лишили животных естественной среды обитания. Подробнее о тех ужасных событиях можно почитать в этом материале.
А самый по-хорошему теплый город в мире это — Бангкок (Таиланд). Среднегодовая температура там равна +29 градусам Цельсия
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш Telegram-канал. Там вы найдете анонсы свежих новостей нашего сайта!
Новости, статьи и анонсы публикаций
Свободное общение и обсуждение материалов
Практически во всех уголках нашей планеты живут лягушки — земноводные создания с выпученными глазами, лишенные хвоста. На сегодняшний день ученым известно о …
Инженеры хотят пробурить в исландском вулкане Крабла скважину глубиной в 2,1 километра. 🌋 Так они хотят достичь магматической камеры и изучить внутренности Земли. Какие открытия они могут сделать?
В Индии обитают муравьи, которые могут менять объем мозга. 🧠 Эта способность необходима для выживания колонии — обычно при исчезновении главной самки группа умирает, но индийские муравьи нашли одну хитрость. Рассказываем об этом удивительном явлении.
Что такое глобальное потепление: как жарко может стать на Земле?
В далеком прошлом Земля была намного жарче, чем сегодня, а значит глобальное потепление может серьезно накалить планету. В последнее время на ней и так становится все теплее. В ноябре 2015 года британцы получили самые жаркие ноябрьские деньки из всех, что были в Великобритании с начала ведения записей. Вскоре после этого последовали новости от Всемирной метеорологической организации: 2015 год, вероятнее всего, станет самым жарким годом с начала ведения записей.
Мировые температуры стали на 1 градус по Цельсию выше доиндустриального уровня. Это половина от политически согласованного верхнего предела в 2 градуса, который был установлен мировыми лидерами в 2009 году. Все идет к тому, что температура мира будет становиться все выше и выше. Насколько жаркой может стать Земля? Существует ли какой-нибудь предел потепления, к которому могут привести действия людей?
Изменения климата Земля переживала и раньше. Планета прошла через бесчисленное количество температурных колебаний за свою 4,6-миллиардолетнюю историю, от «земли-снежка» до палящей тропической жары. И несмотря на все эти изменения, Земля всегда возвращается примерно в тот же диапазон температур. Потому что у нее есть механизмы для управления собственной температурой.
Люди были здесь относительно недолго, но успели стать самым важным фактором изменения климата на планете. Сжигая ископаемое топливо и вырубая деревья, мы выпускаем все больше и больше углекислого газа в атмосферу, и это приводит к росту температуры.
В период между 2000 и 2010 годом наши темпы выбросов умножились в четыре раза по сравнению с предыдущим десятилетием, и пока нет никаких признаков, что эта тенденция повернется вспять. Вопрос в том, как сильно эти парниковые газы нагреют планету в ближайшие десять и сто лет?
Чтобы спрогнозировать состояние планеты в будущем, ученые строят компьютерные модели, имитирующие то, что произойдет с климатом Земли. Эти модели очень сложные, но в большей степени полагаются на базовую физику, вроде поведения воздуха и воды. Совмещая техногенные и природные изменения, эти модели могут оценить, как изменится климат при выбросе определенного количества парниковых газов.
Эти прогнозы были оформлены в доклады Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК, IPCC) в последний раз в 2013-2014 годах. Из них следует, что если наши выбросы парниковых газов будут увеличиваться в таком же темпе, как за последние 50 лет, к концу века мир будет как минимум на 4 градуса по Цельсию теплее, чем был до промышленной революции.
Но к концу столетия потепление не прекратится.
Согласно моделям, мы достигнем уровня на 7 градусов выше доиндустриального к 2200 году, но при условии, что мы прекратим выпускать парниковые газы, температура стабилизируется. Но учитывая сложность земного климата (а это комплексная система), в этом никто не может быть уверен. По мере потепления климата, некоторые процессы могут запустить еще большее потепление.
К примеру, в более теплом мире снег и лед растают, обнажив темную землю, которая будет поглощать солнечное тепло, а не отражать его. С поверхности будет испаряться больше воды, и этот дополнительный парниковый газ в виде водяного пара будет удерживать еще больше тепла.
Океаны замедляют изменение климата, поскольку в них растворятся углекислый газ из воздуха. Но более теплые океаны смогут удержать меньше углекислого газа, а значит он будет больше оставаться в атмосфере.
Таким образом, вместо того чтобы пытаться предсказать, как будет меняться климат, мы можем применить другой подход: взглянуть, что происходило в прошлом.
Примерно 55 миллионов лет назад Земля пережила одно из самых быстрых повышений температуры в своей истории.
Очевидно, основным двигателем были парниковые газы. Огромное количество метана вышло из морского дна в атмосферу планеты, усугубив парниковый эффект. Правда, не совсем понятно, как это произошло. Выдвигались варианты с вулканическими извержениями или столкновением кометы, но, скорее всего, Земля уже постепенно нагревалась по другой причине. Достигнув определенной температуры, хранилища метана под морским дном стали нестабильными.
Этот период демонстрирует очевидные параллели с современным миром. В частности, импульс парниковых газов, который запустил потепление, тогда был примерно эквивалентен тому, что могли бы выпустить люди, если бы сожгли все извлекаемого ископаемое топливо. Эти газы нагрели бы планеты минимум на 5, а может, и на 8 градусов за пару тысяч лет.
Это предел или же планета может быть еще жарче, чем во время ПЭТМ?
Существует теоретический механизм, который может серьезно перегреть Землю: нарастающий парниковый эффект.
Мы уже видели, что нагрев планеты выпускает больше парниковых газов, вызывая еще большее потепление. В теории, этот самоподпитывающийся механизм может стать неостановимым, нагрев планету на сотни градусов.
На Земле такого никогда не было: а если бы было, то не было бы нас. Но ученые считают, что это произошло с ближайшей к нам планетой Венерой 3-4 миллиарда лет назад.
Венера ближе к Солнцу, чем Земля, поэтому начинала с температуры повыше. Температура на ее поверхности поднялась настолько, что вся жидкая вода испарилась в воздух. Этот водяной пар уловил еще больше тепла, а отсутствие воды на поверхности означало, что негде было удерживать диоксид углерода.
Это привело к экстремальным парниковым условиям. В конце концов все пары воды были потеряны в космосе, и Венера осталась с атмосферой, на 96% состоящей из диоксида углерода. Теперь на этой планете средняя температура 462 градуса. Это достаточно горячо, чтобы расплавить свинец; Венера является самой горячей планетой в Солнечной системе, обходя по этому параметру даже Меркурий, который ближе к Солнцу и буквально «отполирован» его жестоким воздействием.
Все идет к тому, что Землю может постичь подобная катастрофа через пару миллиардов лет.
По мере старения Солнца, оно медленно выжигает свое топливо и становится красным гигантом. Однажды оно станет таким ярким, что Земля уже не сможет рассеивать лишнее тепло в космос. Поверхностная температура планеты вырастет, вскипятит океаны и запустит парниковый эффект, который положит конец любой известной жизни и превратит Землю в выпечку под толстым саваном двуокиси углерода.
Впрочем, это произойдет не скоро, поэтому эта проблема не первостепенная. Вопрос в том, сможем ли мы самостоятельно запустить нарастающий парниковый эффект?
В 2013 году было опубликовано исследование, которое показало, что это возможно, если мы высвободим поистине ошеломляющее количество углекислого газа. Сейчас этого газа в воздухе 400 частей на миллион (до промышленной революции было 280 чнм). Чтобы запустить нарастающий парниковый эффект, нам придется поднять этот показатель до 30 000 чнм.
Мы могли бы в 10 раз увеличить объем углекислого газа, если бы сожгли все известное ископаемое топливо. Существуют и другие источники парниковых газов, вроде метана на дне морском, который убежал во время ПЭТМ, так что исключать этот вариант не стоит. Но кажется очень маловероятным, что мы волей или неволей превратим планету в Венеру.
Также это не означает, что подогрев планеты будет безопасным для нас. Подъем температуры даже на пару градусов вызовет нежелательные эффекты. Отдельные части планеты и без того слишком жаркие, чтобы люди могли там жить.
В самом горячем месте на Земле сегодня, вроде калифорнийской Долины Смерти, температура может превышать 50 градусов по Цельсию. Такая жара опасна, но при должных мерах с ней можно жить. Потому что воздух сухой и мы можем остужать себя за счет пота.
Если воздух будет одновременно горячим и влажным, как в тропических джунглях, с температурой будет сложнее справиться. Влажность воздуха означает, что пар медленнее испаряется, а значит сложнее остыть.
Лучший способ оценить сочетание тепла и влажности — измерить «температуру по влажному термометру». Это температура, которую покажет термометр, если обернуть его во влажную ткань и направить на него поток воздуха из вентилятора. Если вы потеете, это самая низкая температура, до которой вы могли бы охладить свою кожу.
Люди должны поддерживать температуру тела в 37 градусов. Чтобы убедиться, что мы всегда можем остыть, поддерживаем температуру кожи близкой к 35 градусам. Это означает, что температура влажного термометра в 35 градусов или выше, если бы ее поддерживали дольше, чем пару часов, была бы фатальной. Даже если бы мы могли ее пережить, нам пришлось бы сидеть неподвижно.
Даже в самых жарких тропических лесах максимальная зарегистрированная температура по влажному термометру никогда не превышала 31 градус. Это потому что жаркий и влажный воздух нестабилен. Он поднимается, а его место занимает воздух похолоднее, что становится причиной тропических ливней.
Но это может измениться.
Воздух может подниматься, только если воздух вокруг него холоднее и плотнее. Поэтому если изменение климата нагреет тропики, этот воздух будет еще жарче и влажнее, прежде чем начнет подниматься. Исследование, опубликованное в 2010 году, показало, что с каждым повышением средней глобальной температуры на 1 градус максимальная температура влажного термометра будет подниматься на 0,75 градуса.
Это, в свою очередь, приводит к пугающим выводам. Подъем глобальной температуры на 7 градусов, с которым мы можем столкнуться уже к 2200 году, превратит некоторые части земного шара в совершенно непригодные для жизни людей. Повышение же на 12 градусов сделает половину Земли необитаемой.
Конечно, мы могли бы попытаться адаптироваться, устанавливая множество оборудования для кондиционирования воздуха. Но, помимо дороговизны этой затеи, это также заточит людей в тюрьме внутри зданий на дни или недели.
Даже если не доводить все до крайности, согласно текущей тенденции Земля станет на 4 градуса теплее к концу этого века, чем была до промышленной революции, и на 3 градуса теплее, чем сейчас. Это не убьет нас непосредственно и не сделает части планеты необитаемыми, но все равно создаст огромное потрясение.
20 000 лет назад Земля была на 4 градуса холоднее, чем сейчас. Этот период известен как «последний ледниковый максимум». Льды покрывали большую часть Канады и северной Европы, включая все Британские острова.
С тех пор Земля нагрелась на 4 градуса. Этого было достаточно, чтобы счистить льды с Европы и Северной Америки. Таяние льда привело к повышению уровня моря на десятки метров и утопило много мелких островов. Когда вы это понимаете, нетрудно представить, к чему могло бы привести очередное потепление на 4 градуса.