Подъем горячего воздуха и опускание холодного воздуха важен почти для всех аспектов нашей повседневной погоды и нашего долгосрочного климата. Это влияет на то, как дует ветер и как быстро он дует. Это также влияет на вероятность дождя и его тип. На больших площадях земли и в течение более длительных периодов времени это даже влияет на наши времена года. Так что это действительно важный вопрос, над которым работают такие климатологи.
Я хочу начать с описания того, что происходит в земном ядре, а потом немного рассказать о температуре космоса. Как только я это сделаю, я объясню настоящие причины, по которым горячий воздух поднимается вверх, а холодный опускается.
Ядро Земли и космическое пространство
Если бы вы вырезали кусок земли, вы бы увидели четыре четких слоя. Корка — это тонкий внешний слой, очень похожий на кожуру апельсина. Кора твердая, сложена твердой породой. Это часть земли, по которой мы ходим. Ниже находится более толстый слой, называемый мантией; это вязкий слой расплавленной породы. Под ним находится внешнее ядро, а прямо в центре Земли — внутреннее ядро. Это очень горячие слои расплавленной породы и металла.
И вы совершенно правы – земное ядро очень и очень горячее. Внутреннее ядро, состоящее из железа, имеет температуру примерно 6000°C. Даже в верхней мантии, чуть ниже земной коры, средняя температура составляет 2000°С. Это в 100 раз выше, чем в большинстве дневных весенних температур в Южной Африке.
Но температуры в верхней части земной коры в гораздо большей степени контролируются солнцем, чем температурой в центре Земли. Мы скоро вернемся к этому.
Теперь поговорим о температуре космоса.
Земля окружена атмосферой — слоем газов, которые мы вдыхаем и выдыхаем и которые контролируют нашу температуру, поглощая часть тепла и отражая остальное. За атмосферой находится так называемое «космическое пространство».
Температура космического пространства за пределами земной атмосферы составляет около 10,17 °C . Космос нагревается непосредственно солнцем. В областях, находящихся под солнцем, тепло до 120°C, а в областях, затененных землей, до -100°C. Опять же, вы правы: это намного холоднее, чем внутреннее ядро Земли.
Верно то, что земное ядро очень горячее, а космос намного холоднее. Но это не причина, по которой горячий воздух поднимается вверх, а холодный опускается.
Термодинамика
Чтобы разобраться в настоящей причине, обратимся к области науки под названием термодинамика. Это раздел физики, изучающий тепло и энергию. Термодинамика позволяет нам точно понять, что происходит с отдельными пузырьками воздуха. Знаете ли вы, что воздух вокруг нас состоит из миллионов и миллионов крошечных пузырьков воздуха, которые расположены очень близко друг к другу?
Нагрев воздуха может происходить за счет теплопроводности или конвекции — передачи тепла этим пузырькам воздуха и его распределения между ними. Поверхность земли нагревается в течение дня из-за солнечного излучения, поступающего от солнца. Это поступающее солнечное излучение поглощается землей, нагревая ее. Затем оно высвобождается из земли в виде длинноволнового излучения и нагревает воздух над землей.
Затем эти пузырьки воздуха перемещаются и сталкиваются друг с другом, делясь своим теплом между собой.
Когда земля нагревает воздушный пузырь над ней, этот воздушный пузырь расширяется — так же, как наши ноги опухают, когда им очень жарко в нашей обуви. Когда воздушный пузырь нагревается, вес этого пузыря распределяется по большей площади, и поэтому он становится менее плотным. Вот как работает плотность.
Когда эти пузырьки воздуха становятся менее плотными, они поднимаются вверх, потому что весят меньше, чем то, что находится рядом с ними. То же самое происходит, когда вы отпускаете воздушный шар с гелием, и он улетает: газообразный гелий в воздушном шаре менее плотный, чем воздух в нашей атмосфере (который состоит из большого количества гораздо более тяжелого азота).
Обратное происходит, когда воздух охлаждается. Пузырьки воздуха сжимаются, их вес занимает гораздо меньше места, поэтому они уплотняются и тонут. Это может произойти, если частицы воздуха удаляются от источника тепла; они могли подняться очень высоко или переместиться в район над прохладным озером или в тень.
Таким образом, нет никакой связи между ядром Земли, температурой космоса и поведением холодного воздуха по сравнению с горячим воздухом.
Thank You For Your Vote!
Sorry You have Already Voted!
