Допустим, включили вы дома обогреватель или газовую плиту. Что произойдет? Подогреваемый воздух тут же устремится вверх.
У потолка всегда жарче, чем у пола. Это знает любой, кто хоть раз спал на второй полке в поезде или в бане забирался повыше.
В окружающей нас природе действуют те же законы. Солнце греет землю, от нее греется воздух, и этот теплый воздух поднимается вверх.
И если следовать этой логике, то на вершине гор, куда он поднимается, должно быть очень жарко. Но мы-то знаем, что на Эльбрусе или Эвересте – вечные льды и мороз под -50.
Где же здесь ошибка? Куда девается тепло?
Тут сначала нужно разобраться, что такое вообще «теплый воздух».
По сути, это просто молекулы газа, которые носятся с бешеной скоростью и сталкиваются друг с другом. Чем активнее они бегают, тем температура газа больше. Чем молекулы менее активны, тем температура меньше.
Так вот, когда воздух у земли нагревается, это значит, что его молекулы становятся очень активными. Они носятся буквально как сумасшедшие, бьются друг о друга и т.д.
В таком виде теплый воздух идет наверх и что же там с ним происходит? А там он попадает в область с пониженным давлением. Это ведь тоже не секрет, что чем выше мы поднимаемся, тем атмосферное давление меньше.
И в этом тоже нет ничего удивительного. Если мы опустимся на дно моря, там давление будет гораздо выше, чем у поверхности.
Мы все с вами живем на дне такого гигантского моря глубиной километров 200. Только вместо воды в нем – воздух.
У нас тут на дне (примерно на уровне моря) – давление максимальное. А если подниматься выше, к поверхности атмосферы (к космосу), то давление будет падать, пока не станет равным нулю.
Ну, так вот. Теплый воздух поднимается выше и попадает в зону с низким давлением. От этого он расширяется. Это тоже не сложно представить. А теперь еще представьте, что происходит с "разгоряченными" (активными) молекулами, когда расстояние между ними увеличивается.
Им становится гораздо просторнее. Они реже бьются друг о друга. Это как если бы вас из толпы в автобусе вдруг перенесли на пустое поле.
При увеличении расстояний между молекулы они как бы "успокаиваются", что приводит к падению температуры.
Если совсем коротко, то при расширении газ охлаждается.
Вы легко можете убедиться в этом, если брызните себе на руку струей из любого баллончика высокого давления (ароматизатор воздуха, лак для волос, дихлофос, бытовой газ и т.д.).
Струя кажется ледяной. А сам баллончик, если спустить из него некоторое количество газа, становится таким холодным, что аж "запотевает".
Вот это и есть демонстрация описанного процесса. Газ внутри баллончика – сжатый. А когда он выходит на поверхность – резко расширяется и охлаждается. Можно даже получить ожог (обморожение) если воздействовать такой струей на кожу слишком долго (нескольких секунд может быть достаточно).
Если вам понятен этот пример, то теперь вам понятно, почему на высоте так холодно – из-за более низкого давления. Да, горячий воздух идет вверх, но наверху он тут же расширяется и охлаждается.
В среднем на каждый километр высоты температура падает на 6 градусов. То есть если у подножия горы температура +20°C, то на высоте 4 км будет уже мороз -4°C (на 24 градуса ниже).
Чтобы в горах вдруг стало жарко, нужно, чтобы там серьезно увеличилось атмосферное давление, а это невозможно.