Γιατί οι κορυφές των ψηλών βουνών, ακόμα και στους τροπικούς, είναι πάντα χιονισμένες;

Προφανώς... γιατί κάνει κρύο εκεί πάνω.

Γιατί όμως κάνει πάντα περισσότερο κρύο ψηλά στα βουνά απ’ ότι κάτω στις παραλίες; Μήπως δεν είπαμε προηγουμένως ότι ο θερμός αέρας είναι αυτός που ανεβαίνει; Δε θα έπρεπε λοιπόν να κάνει πιο πολλή ζέστη όσο πιο ψηλά ανεβαίνει κανείς;

Κι όμως. Σκέψου την περίπτωση του όρους Κιλιμάντζαρο στην Τανζανία που βρίσκεται στον ισημερινό. Στους πρόποδες, το κλίμα είναι τροπικό, ο ζεστός αέρας σίγουρα είναι κάτι που δε λείπει, κι όμως, οι κορυφές του βουνού, που ορθώνονται στα 5.895 μέτρα, είναι σκεπασμένες μονίμως με χιόνια.

Η ιστορία αυτή ξεκινάει από τον ήλιο. Και τι δεν ξεκινάει άλλωστε από εκεί; Με μόνη εξαίρεση την πυρηνική ενέργεια, ο ήλιος είναι η πηγή όλης της θερμότητας και όλων των άλλων μορφών ενέργειας στη Γη. ..

Καθώς ο ήλιος φωτίζει τη Γη, το φως του περνάει μέσα από την ατμόσφαιρα η οποία είναι αρκετά διάφανη, όπως άλλωστε θα έχεις μαντέψει από το γεγονός ότι... βλέπεις τον ήλιο. Το φως λοιπόν φτάνει μέχρι την επιφάνεια της Γης δίχως να του έχει συμβεί τίποτα συναρπαστικό στη διαδρομή. Κατόπιν οι διαφόρων μορφών επιφάνειες — οι ωκεανοί, τα δάση, οι έρημοι, οι οροφές των αυτοκινήτων, οι πλάτες των λουόμενων — απορροφούν το φως του ηλίου και θερμαίνονται από αυτό (ενίοτε μαυρίζουν κιόλας). Αυτό μετατρέπει την επιφάνεια της Γης σ’ ένα γιγαντιαίο, ζεστό «καλοριφέρ» που ακτινοβολεί τη θερμότητά του, ζεσταίνοντας τα πάντα γύρω του — όπως πχ. τον αέρα από πάνω του — κατά τον ίδιο τρόπο που ζεσταίνεσαι εσύ δίπλα σε ένα καλοριφέρ.

Είναι ευκόλως εννοούμενο, λοιπόν, ότι όσο πιο κοντά θα βρίσκεσαι στην επιφάνεια της Γης, που ακτινοβολεί θερμική ενέργεια, τόσο περισσότερο θα ζεσταίνεσαι από αυτή, ακριβώς όπως ζεσταίνεσαι περισσότερο όσο πιο κοντά βρίσκεσαι σ’ ένα καλοριφέρ. Έτσι, λοιπόν, ο αέρας που εφάπτεται με την επιφάνεια της Γης είναι και ο πιο ζεστός, ενώ όσο πιο πολύ απομακρύνεται από την επιφάνεια της τόσο πιο κρύος θα γίνεται — μέχρι που, γύρω στα 3.000 μέτρα ύψος, όλη η βροχόπτωση θα πέφτει με τη μορφή χιονιού, οπότε τα χιόνια δε θα λιώνουν σχεδόν ποτέ.

(Ένας δευτερεύων λόγος για τον οποίο κάνει κρύο στα ορεινά είναι ότι, καθώς οι αέριες μάζες ανεβαίνουν τις ραχούλες και τις βουνοπλαγιές, διαστέλλονται λόγω της χαμηλότερης ατμοσφαιρικής πίεσης και, όταν τα αέρια δια-στέλλονται, γίνονται πιο ψυχρά. )

Πώς ακριβώς όμως η επιφάνεια της Γης, έχοντας θερμανθεί η ίδια από τον ήλιο, μεταδίδει τη θερμότητα αυτή στον αέρα από πάνω της; Κυρίως μέσω ακτινοβολίας — με τον ίδιο τρόπο δηλαδή που ένα καλοριφέρ ζεσταίνει εσένα. Η ακτινοβολία όμως δεν είναι ο μόνος τρόπος μετάδοσης της θερμότητας από μία ζεστή σε μία κρύα ουσία. Η θερμότητα μεταδίδεται επίσης με αγωγή και με μεταφορά. Ας ρίξουμε μια γρήγορη ματιά σ’ αυτούς τους δυο μηχανισμούς.

Μετάδοση με αγωγή: Αν ακουμπήσεις ένα ταψί που βγήκε απ’ το φούρνο (ΜΗΝ ΤΟ ΚΑΝΕΙΣ!), η θερμότητα θα φτάσει στο χέρι σου με αγωγή μέσω της επαφής. Η θερμική ενέργεια «άγεται» (εξού και η «αγωγή»), δηλαδή οδηγείται από την απευθείας επαφή του ενός μορίου με το άλλο. Τα «καυτά» μόρια του ταψιού χτυπάνε τα μόρια του δέρματός σου και περνάνε τη θερμική τους ενέργεια απευθείας σε αυτά. Τσιρίζοντας και τραβώντας το χέρι σου, *διακόπτεις αυτή την επαφή μορίου προς μόριο. (Πρόσεξε ότι μόνο το τσίριγμα δεν επαρκεί.) Δυστυχώς, η θερμότητα έχει ήδη περάσει μέσα στο δέρμα σου και θα συνεχίσει να προκαλεί βλάβες, αντικαθιστώντας την αρχική κραυγή σου με μία πιο ήπια ακολουθία επιφωνημάτων.

(Συμβουλή: Η θερμότητα αυτή θα παραμείνει μέσα στο δέρμα σου και θα συνεχίσει να σου προκαλεί πόνο για πολύ περισσότερο χρόνο απ’ όσο μπορείς να φανταστείς, γιατί το δέρμα είναι κακός αγωγός της θερμότητας. Σε ένα ελαφρύ έγκαυμα, απομακρύνεις τη θερμότητα απ’ το χέρι σου όσο το δυνατόν πιο γρήγορα ρίχνοντας πάνω του άφθονο κρύο νερό.)

Μετάδοση με μεταφορά (γνωστή και ως μετάδοση ή διάδοση): Όταν ανοίξεις την πόρτα του φούρνου για να ρίξεις μια ματιά στο ταψί με το αρνάκι και νιώσεις μια ριπή καυτού αέρα να σε χτυπάει στο πρόσωπο, αυτό που μετέφερε τη θερμότητα από το φούρνο σε εσένα ήταν ο καυτός αέρας. Στη μεταφορά, η θερμότητα... μεταφέρεται μέσω ενός κινούμενου ρευστού, όπως είναι ο αέρας ή το νερό. Στην προκειμένη περίπτωση η θερμότητα χρησιμοποίησε τον αέρα. Όταν ο θερμός αέρας ανεβαίνει μέσα στην ατμόσφαιρα , η θερμότητα ανεβαίνει μαζί του λόγω της μεταφοράς. Οι λεγόμενοι «φούρνοι ρεύματος αέρα» είναι κανονικοί φούρνοι με ανεμιστήρες στο εσωτερικό τους που, επιτυγχάνοντας την κυκλοφορία του καυτού αέρα, επιταχύνουν το μαγείρεμα.

Μετάδοση με ακτινοβολία: Φαντάσου ότι βρίσκεσαι απέναντι από ένα καμίνι σιδηρουργείου. Η κάψα του σε χτυπάει στο πρόσωπο από την άλλη άκρη του εργαστηρίου, όμως εσύ οότε ακουμπάς σε κάτι (όποτε δεν είναι αγωγή) ούτε νιώθεις κάποιο ρεύμα αέρα (οπότε δεν είναι ούτε μεταφορά) .

Τι είναι; Η θερμότητα εδώ σε φτάνει μέσω ακτινοβολίας: υπέρυθρης ακτινοβολίας, συγκεκριμένα.

Η υπέρυθρη είναι μια μορφή ηλεκτρομαγνητικής ακτινοβολίας, ακριβώς δηλαδή ό,τι είναι και το ορατό φως, με τη διαφορά ότι, λόγω μεγαλύτερου μήκους κύματος, το ανθρώπινο μάτι δεν μπορεί να τη δει. Το χαρακτηριστικό, που κάνει τις υπέρυθρες ακτινοβολίες μοναδικές, είναι ότι το μήκος κύματός τους είναι ακριβώς αυτό που οι περισσότερες ουσίες μπορούν να απορροφήσουν, οι οποίες, «καταπίνοντας» την ενέργεια της ακτινοβολίας, τη μετατρέπουν σε θερμική. Η υπέρυθρη ακτινοβολία δεν είναι θερμότητα αυτή καθαυτή, παρότι σε πολλά βιβλία θα διαβάσεις ακριβώς αυτό. Προσωπικά την ονομάζω «θερμότητα εν κινήσει». Εκπέμπεται από θερμά σώματα και μεταδίδεται στο χώρο με την ταχύτητα του φωτός, όμως δεν πρόκειται ποτέ να μετατραπεί σε θερμότητα εάν δεν πέσει επάνω σε μία ουσία η οποία θα την απορροφήσει. Μονάχα η ύλη μπορεί να είναι θερμή, γιατί η θερμότητα σχετίζεται με την κίνηση των μορίων και οι ακτινοβολίες... δεν έχουν μόρια.

Δε ρώτησες, αλλά...

Ο αέρας τελικά συνεχίζει να ψύχεται δίχως όριο καθώς αυξάνει το υψόμετρο;

Όχι, όμως η θερμοκρασία του συνεχίζει να πέφτει — περίπου κατά 6,5 βαθμούς Κελσίου ανά χιλιόμετρο — μέχρι τα 10.000 μέτρα περίπου πάνω από το επίπεδο θαλάσσης. Αυτό το ύψος είναι λίγο ψηλότερα απ’ το ύψος πτήσης των αεριωθούμενων επιβατικών αεροσκαφών. Μπορεί να έχεις ακούσει του κυβερνήτη του αεροσκάφους να προσπαθεί να σε εντυπωσιάσει ανακοινώνοντας στα μεγάφωνα ότι η θερμοκρασία έξω απ’ το παραθυράκι σου είναι -40 βαθμοί Κελσίου. Το «παραθυράκι», βεβαίως, είναι κατασκευασμένο από διπλό θερμομονωτικό πλαστικό, οπότε αγγίζοντάς το δε θα νιώσεις τίποτα απ’ αυτό το ψύχος.
- Πάνω από τα 10.000 μέτρα βρισκόμαστε πλέον στη στρατόσφαιρα, όπου η θερμοκρασία του αέρα σταματάει να πέφτει όσο ψηλότερα ανεβαίνουμε' παραμένει σταθερή γύρω στους -48 βαθμούς Κελσίου περίπου για τα επόμενα 20 χιλιόμετρα, όπου ο αέρας αρχίζει να γίνεται και πάλι θερμότερος. Επάνω από τη στρατόσφαιρα, η θερμοκρασία αλλάζει συμπεριφορά δύο φορές: αρχικά ψύχεται με το ύψος και μετά θερμαίνεται και πάλι.

Πώς είναι δυνατόν όμως αυτό;

Ο ένας λόγος είναι ότι ο αέρας έχει κάπως διαφορετική χημική σύσταση στα διάφορα ύψη. Τα βαρύτερα μόρια (το διοξείδιο του άνθρακα, το αργόν) τείνουν να «κατακάθονται» στα χαμηλότερα στρώματα της ατμόσφαιρας, ενώ
τα πιο ελαφριά μόρια (το ήλιο, το νέον) ανεβαίνουν επάνω απ’ όλα τα υπόλοιπα. Επειδή όμως αυτά τα διαφορετικά μόρια απορροφούν τα διάφορα μήκη κύματος της συνολικής ενέργειας της ακτινοβολίας του ηλίου με διαφορετικούς ρυθμούς, θερμαίνονται και διαφορετικά. Στη στρατόσφαιρα, για παράδειγμα, βρίσκονται τα περισσότερα από τα μόρια του όζοντος που διαθέτει η ατμόσφαιρά μας. Το όζον απορροφά κατά μεγάλο βαθμό την υπεριώδη (πολύ μικρού μήκους κύματος) ακτινοβολία, η οποία το θερμαίνει κάνοντας έτσι τη στρατόσφαιρα να είναι πιο ζεστή απ’ όσο θα ήταν διαφορετικά. Η πολυπλοκότητα του συστήματος που αποκαλούμε «ατμόσφαιρα» είναι πολύ μεγαλύτερη απ’ όσο θα μάντευες κοιτώντας το απέραντο γαλάζιο από πάνω σου.

Για να τελειώσουμε όμως τις καθ’ ύψος εξερευνήσεις μας, τι να γίνεται πέρα από την ατμόσφαιρα; Έχεις ακούσει φαντάζομαι ότι η θερμοκρασία στο διάστημα είναι εκπληκτικά χαμηλή, έτσι δεν είναι; Ε λοιπόν όχι, δεν είναι.

Απόσπασμα από το βιβλίο:  Ρόμπερτ Λ. Γουόλκε - Τι είπε ο Αϊνστάιν στον κουρέα του

by Αντικλείδι , http://antikleidi.com

Συναφές: 

Γιατί κάνουμε ανθυγιεινές επιλογές στο εστιατόριο;

==========================
"O σιωπών δοκεί συναινείν"