Все мы знаем, что нагретый воздух становится менее плотным и поднимается вверх. Именно это явление объясняет, почему у потолка всегда теплее, чем у пола – это знакомое ощущение для тех, кто спал на верхних полках в поездах или парился в бане.

Подобные процессы наблюдаются и в природе. Солнечные лучи нагревают поверхность Земли, которая, в свою очередь, передает тепло окружающему воздуху. Этот теплый воздух начинает свое восхождение.

Исходя из этой логики, можно было бы ожидать, что на горных вершинах, куда устремляется нагретый воздух, будет очень жарко. Однако реальность иная: на пиках Эльбруса или Эвереста господствуют вечные снега и лед, а заморозки достигают -50°C.

Возникает резонный вопрос: куда же девается тепло? Прежде всего, необходимо понять, что такое «теплый воздух». По сути, это газ, состоящий из хаотично движущихся и сталкивающихся молекул. Чем более интенсивны их движения, тем выше температура. Соответственно, чем менее активны молекулы, тем ниже температура. Холодное вещество – это результат замедленного движения молекул, а их ускорение ведет к росту температуры.

Таким образом, при нагреве у земной поверхности молекулы воздуха активизируются, ускоряют свое движение и чаще сталкиваются. Этот горячий, активный воздух стремится вверх, попадая в область с пониженным давлением. Чем выше мы поднимаемся, тем меньше становится атмосферное давление. Это легко представить, сравнивая давление на дне океана и на его поверхности. Мы, по сути, находимся на дне огромного воздушного океана. Давление у земли максимальное и уменьшается по мере приближения к границам атмосферы, стремясь к нулю.

Поднимаясь, теплый воздух попадает в зону низкого давления, что вызывает его расширение. Представьте, что «горячие» молекулы начинают располагаться дальше друг от друга. Им становится просторнее, и они сталкиваются реже.

Проще говоря: при расширении газ охлаждается. Это легко проверить, если распылить аэрозоль. Струя кажется ледяной, а сам баллончик, если выпустить из него немного газа, сильно остывает и покрывается инеем. Это происходит потому, что сжатый газ внутри баллона резко расширяется при выходе наружу, охлаждаясь.

Теперь становится ясно, почему на высоте холодно. Теплый воздух, поднимаясь, расширяется в условиях низкого давления и, как следствие, охлаждается. В среднем, каждые 100 метров подъема приводят к снижению температуры на 0,6°C. Таким образом, если у подножия горы температура составляет +20°C, то на высоте 4 километров она может упасть до -4°C. Для того чтобы в горах стало тепло, надо чтобы давление на высоте оставалось бы такое же, как и у подножия горы.