اگر هوای گرم بالا می‌رود، چرا در قله‌ کوه‌ها هوا سرد است؟_مستطیل زرد

این نوشته که هوای گرم بالا می‌رود، از شناخته‌شده‌ترین اصول فیزیک است. اگر در خانه‌ای با بیشتر از یک طبقه زندگی می‌کنید، فهمید شده‌اید تهویه مطبوع چه مقدار برای بقای ساکنین بالای پله‌ها حیاتی است، اما برای ساکنان طبقه همکف زیاد الزامی نیست. بااین‌حال، قله کوه‌ها اولین مکان‌هایی می باشند که برف در آنجا می‌بارد و چه بسا امکان پذیر در کل سال پوشیده از یخ باشند. این تناقض ظاهری به گمان زیاد به چشم تعداد بسیاری از افراد آمده است.

دمای گاز معیاری از انرژی جنبشی اتم‌ها یا مولکول‌های راه اندازی‌دهنده آن است. انرژی زیاد تر به‌معنی حرکت سریع تر است. اگر گاز در محفظه سختی همانند مخزن ذخیره‌سازی محبوس باشد، این کار به‌معنی سختی اضافی است. با‌این‌حال، چنانچه ظرف انعطاف‌پذیر باشد (همانند بالون)، سختی اضافی روی ماده آن را به سمت خارج می‌راند و جهت انبساط بالون می‌بشود. درنتیجه‌ی وجود همان مقدار ماده در فضای بزرگ‌تر، بالون سبک‌تر و جهت شناورشدن آن برفراز گازهای محیط حوالی می‌بشود.

بدون بالون، هوای گرم همین کار را انجام می‌دهد؛ بدین معنی که منبسط می‌بشود، فضای بیشتری را پر می‌کند و برفراز هوای خنک‌تر زیر شناور می‌بشود. در فضای بسته، هوای گرم بالا می‌رود تا وقتی که به‌وسیله‌ی سقف به دام انداخته بشود و لایه‌ای گرم‌تر را در بیشترین طبقه تشکیل می‌کند

امکان پذیر انتظار داشته باشید در فضای آزاد نیز همین اتفاق رخ دهد. به هر حال، نور خورشید زمین را گرم می‌کند و هوای اطراف را گرم می‌کند و هوای گرم بالا می‌رود. می‌توانید تاثییر این اتفاق را در روزهای آفتابی بدون باد ببینید که در آن پرندگان شکارچی یا خلبانان گلایدر می‌توانند ساعت‌ها با مصرف انرژی کم به پشتیبانی هوای گرم اطراف در آسمان بچرخند. یقیناً، براین‌مبنا نباید نتیجه‌گیری کرد که بدون نیاز به پوشیدن لباس گرم می‌توانیم به ارتفاعات برویم یا در آسمان اوج بگیریم، چرا که امکان پذیر دچار هوای زیاد سرد شویم.

در فضای آزاد چیزی برای محدود کردن هوا وجود ندارد. هوای گرم منبسط می‌بشود و سختی هوا نیز با دورتر شدن از سطح زمین کمتر می‌بشود. از طرف دیگر، گرانش حجم بسیاری از اتمسفر را نزدیک زمین نگه می‌دارد، به این علت هرچه زیاد تر به سمت بالا بروید، مولکول‌ها پراکنده‌تر و سختی کمتر می‌بشود.

هنگامی هوای گرم بالا می‌رود، با سختی کمتری روبه رو می‌بشود و انبساط بیشتری اشکار می‌کند. این انبساط جهت خنک شدن آن می‌بشود. به راه حلهای مختلفی درمورد این نوشته می‌توان فکر کرد.

یک دیدگاه این است که هنگامی گاز منبسط می‌بشود، کار انجام می‌دهد (همانند اتفاقی که در موتورها می‌افتد) و انجام کار به معنی از دست‌دادن انرژی است. دما معیاری از انرژی جنبشی است و از دست دادن انرژی جهت سردتر شدن گاز می‌بشود.

دیدگاه دیگر این است که با پراکنش زیاد تر ذرات، ذرات جذب‌شده به یکدیگر انرژی پتانسیل بیشتری به دست می‌آورند. از آنجایی که انرژی به وجود نمی‌آید یا از بین نمی‌رود، این انرژی پتانسیل باید از جایی به دست بیاید و در این مورد، ازطریق افت انرژی جنبشی ذره، یعنی دمای آن حاصل می‌بشود.

با صعود در جو، دما به‌طور همیشگی و نامحدود افت اشکار نمی‌کند. اگر این‌طور می بود، زیاد سریع به صفر مطلق می‌رسیدیم. درعوض، در مرز بین تروپوسفر و تروپوپاز (نزدیک به ۱۲ کیلومتر بالای سطح زمین) دما ثابت می‌بشود و سپس مجدد افزایش اشکار می‌کند و به منفی ۶۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد. بعد از آن، مجدد روال دما معکوس می‌بشود. علت این تغییرات دمایی چنان پیچیده است که در این مبحث نمی‌توان به آن‌ها پرداخت، اما به‌طورکلی با عواملی همانند ترکیب متغیر گازها و طول موج‌های تابشی که آن‌ها جذب می‌کنند، بستگی دارد.

بعضی اوقات اوقات اتفاق وارونگی دما رخ می‌دهد که در آن با افزایش ارتفاع دما هم زیاد می‌بشود. هوا در ارتفاعات بالا می‌تواند پایین بیاید و چیزی همانند سقف را تشکیل کند که هوای گرم‌ زیر آن به دام می‌افتد. در این چنین شرایطی با بالا رفتن ارتفاع، هوا گرم‌تر می‌بشود. این چنین وارونگی‌هایی می‌تواند خطرناک باشد، چون می‌تواند جهت بشود کوهنوردان درمورد دما حس امنیت کاذب کنند. علاوه‌براین، آن‌ها آلودگی را زیر خود به دام می‌اندازند که می‌تواند روزها ادامه داشته باشد.

در حمایتاز گردبودن زمین، شواهد زیاد معتبری وجود دارد. بااین‌حال، سرد شدن هوا با افزایش ارتفاع یکی از شواهد غیرمستقیم این نوشته است. در طول روز هرچه در جو بالا بروید، به خورشید نزدیک‌تر می‌شوید. یونانیان باستان فکر می‌کردند این بدان معنی است که هنگامی ارتفاع افزایش اشکار می‌کند، هوا نیز گرم‌تر می‌بشود؛ اما فاصله زمین با خورشید آن‌قدر زیاد است که چند صد متر یا حتی چند کیلومتر نزدیک‌تر شدن به آن تفاوت محسوسی در دما تشکیل نمی‌کند.

با‌این‌حال، اگر بدشانسی بیاورید و دچار زمین تخت‌گرایان شوید، آن‌ها ادعا خواهند کرد که خورشید آن‌طور که ستاره‌شناسان اندازه‌گیری کرده‌اند، یعنی در فاصله ۱۵۰ میلیون کیلومتری ما قرار ندارد. درعوض، آن‌ها ادعا می‌کنند خورشید زیاد نزدیک و زیاد کوچک است. اما اگر خورشید واقعاً آن‌قدر نزدیک می بود، ارتفاعات بالاتر به معنی نزدیک‌تر شدن به خورشید و بالارفتن دما می بود.