Na tuto otázku odpovídá docentka Jennifer Fitchettová v knize Curious Kids, sérii pro děti publikované v The Conversation-Africa.
Curious Kids je série pro děti, ve které žádáme odborníky, aby odpovídali na otázky dětí.
Klesá studený vzduch dolů, protože zemské jádro je vyrobeno z magmatu, a horký vzduch stoupá vzhůru, protože je ve vesmíru studený – a kruh se opakuje? (Neo, 10, Boksburg, Jižní Afrika)
Děkuji, Neo, za tuto skvělou otázku! Zjevně máte velmi analytickou mysl a jednoho dne by z vás byl vynikající atmosférický fyzik – to je výzkumník, který se zabývá fyzikálními procesy probíhajícími v naší atmosféře.
Stoupající horký vzduch a klesání studeného vzduchu je důležité pro téměř každý aspekt našeho každodenního počasí a našeho dlouhodobého klimatu. Ovlivňuje, jakým směrem vítr vane a jak rychle fouká. Ovlivňuje také to, zda pravděpodobně budeme mít déšť, a typ srážek. Na větších plochách Země a v delších časových obdobích dokonce ovlivňuje naše roční období. Takže toto je opravdu důležitá otázka, na které klimatologové jako já pracují v mnoha aspektech naší práce.
Chci začít popisem toho, co se děje v zemském jádru, a pak vám řeknu něco o teplotě vesmíru. Jakmile to udělám, vysvětlím skutečné důvody, proč horký vzduch stoupá a studený klesá.
Zemské jádro a vnější prostor
Kdybyste uřízli plátek ze země, viděli byste čtyři čisté vrstvy. Kůrka je tenká vnější vrstva – podobně jako pomerančová kůže. Kůra je tvrdá, tvořená pevnou horninou. Je to část země, po které chodíme. Pod tím je silnější vrstva zvaná plášť; je to viskózní vrstva roztavené (roztavené) horniny. Pod tím je vnější jádro a přímo ve středu země vnitřní jádro. Jsou to velmi horké vrstvy roztavené horniny a kovu.
A máte naprostou pravdu – zemské jádro je velmi, velmi horké. Vnitřní jádro, tvořené železem, má přibližně 6,000 2,000 °C. Dokonce i horní plášť, těsně pod kůrou, má průměrnou teplotu 100 °C. To je XNUMXkrát vyšší teplota než většina denních teplot na jaře v Jižní Africe.
Ale teploty na vrcholu kůry jsou řízeny mnohem více sluncem než teplotou středu Země. Brzy se k tomu vrátíme.
Nyní pojďme mluvit o teplotě vesmíru.
Země je obklopena atmosférou – vrstvou plynů, které dýcháme a vydechujeme a které řídí naši teplotu tím, že část tepla absorbují a zbytek odrážejí. Za atmosférou je to, čemu se říká „vesmír“.
Teplota vesmíru těsně mimo zemskou atmosféru je asi 10.17 °C. Venkovní prostor je vyhříván přímo sluncem. Oblasti na slunci jsou teplé až 120 °C, zatímco oblasti zastíněné zemí jsou chladné až -100 °C. Opět máte pravdu: je mnohem chladnější než vnitřní jádro Země.
Je pravda, že zemské jádro je velmi horké a vesmír je mnohem chladnější. Ale to není důvod, proč horký vzduch stoupá a studený klesá.
Termodynamika
Abychom se dostali ke skutečnému důvodu, vraťme se k oblasti vědy zvané termodynamika. Jedná se o obor fyziky, který studuje teplo a energii. Termodynamika nám umožňuje přesně pochopit, co se děje s jednotlivými bublinami vzduchu. Věděli jste, že vzduch kolem nás se skládá z milionů a milionů malých vzduchových bublinek, které sedí velmi těsně vedle sebe?
Ohřev vzduchu může probíhat vedením nebo konvekcí – přenosem tepla do těchto vzduchových bublin a jeho sdílením mezi nimi. Povrch země se během dne zahřívá slunečním zářením přicházejícím ze slunce. Toto přicházející sluneční záření je absorbováno zemí a ohřívá ji. Poté se uvolňuje ze země jako dlouhovlnné záření a ohřívá vzduch nad zemí.
Tyto vzduchové bubliny se pak pohybují a narážejí do sebe a sdílejí své teplo mezi sebou.
Když země zahřeje vzduchovou bublinu nad ní, tato vzduchová bublina se rozšíří – podobně jako naše nohy otékají, když je jim v botách velké horko. Jak se vzduchová bublina zahřeje, váha této bubliny se rozloží na větší plochu, a tak se stane méně hustá.
Takto funguje hustota.
Jak jsou tyto vzduchové bubliny méně husté, stoupají, protože váží méně než to, co je vedle nich. To je stejné, když pustíte heliový balónek a ten odpluje: plynné hélium v balónu je méně husté než vzduch v naší atmosféře (který je tvořen velkým množstvím mnohem těžšího dusíku).
Opak se stane, když se vzduch ochladí. Vzduchové bubliny se stahují, jejich váha zabírá mnohem méně místa a tak se stávají hustšími a klesají. To se může stát, pokud se částice vzduchu vzdálí od zdroje tepla; mohli vystoupat velmi vysoko nebo se přesunout do oblasti nad chladným jezerem nebo přes nějaký stín.
Neexistuje tedy žádná souvislost mezi zemským jádrem, teplotou vesmíru a chováním studeného vzduchu versus horkého vzduchu. Ale rozhodně přemýšlíš jako vědec, Neo, protože tě zajímá, jak jedna věc ovlivňuje druhou. Možná budete jednoho dne studovat termodynamiku i vy!
Jennifer Fitchettová, docentka fyzické geografie, University of the Witwatersrand. Tento článek je znovu publikován z The Conversation pod licencí Creative Commons. Přečtěte si původní článek.
Přečtěte si nejnovější vydání
Kontaktujte nás
Tel: + 27 (0) 11 717 1000
