Čím výše, tím chladněji
14. 5. 2008
Jak je možné, že když na horách stoupáme stále výše, je stále chladněji, i když jsme vlastně blíže Slunci? Jaká fyzikální zákonitosti tady působí? Na tuto otázku se pokusí odpovědět Michael.
Tereza: Všechny dávné civilizace Starého i Nového světa stavěly své pyramidy a velké chrámy, aby se dostaly do blízkosti svých bohů, blíž k životodárným, hřejivým paprskům Slunce. Když jste byli na horách, určitě vás už někdy napadla otázka: Jak to, že na horách je chladněji, než dole v nížině? Přitom přece víme, že teplý vzduch stoupá vzhůru. Logicky by tedy mělo být na horách tepleji, než dole v nížině. Nám s Michaelem tato záhada vrtala hlavou už během našeho zimního pobytu na Šumavě. Tam jsme kvůli tomu vyjeli až na vrcholek Pancíře. A nedávno Michael podnikl pokus při výjezdu na Ještěd, aby si potvrdil, zda teplota s rostoucí nadmořskou výškou opravdu klesá.
Michael: A teď začíná náš pokus. Jsem čtyři sta metrů nad mořem a venku je teplota celých deset stupňů. Stoupáme nahoru do další stanice, kde zase změříme venkovní teplotu. … A teď jsem sedm set metrů nad mořem a venkovní teplota je osm stupňů. Toto parkoviště je ve výšce asi tisíc metrů nad mořem. A venkovní teplota – pouhých šest stupňů.
Tereza: Na výškovém rozdílu čest set metrů tedy Michael naměřil pokles teploty o čtyři stupně. To odpovídá fyzikálnímu pravidlu, že směrem vzhůru teplota vzduchu klesá každých sto padesát metrů o jeden stupeň. Na šumavském Pancíři nám v půlce února přálo počasí. Je odtud krásný výhled na okolní vrcholy. A směrem k jihu se v dálce rýsovaly dokonce vzdálené Alpy. Jak to tedy je s nadmořskou výškou a klesající teplotou?
Atmosféra Země se skládá z několika vrstev. V troposféře probíhají nejvýznamnější povětrnostní jevy. Ve stratosféře teplota s rostoucí výškou kupodivu stoupá. Naopak je tomu v mezosféře. A v termosféře teplota s výškou opět stoupá.
Michael: The lowest layer of our atmosphere that stretches from the Earth surface 18 kilometres into the sky is known as a troposphere.
Dolní vrstvě atmosféry od povrchu až do osmnácti kilometrů se říká troposféra.
Za normální situace v ní teplota vzduchu s výškou klesá. Na horách je tedy chladněji než v nížině. Ale jak to?
Michael: Solar radiation warms the surface of our planet, which in turn heats up its surroundings and the air above it.
Sluneční záření ohřívá zemský povrch, který zase zahřívá své okolí a vzduch nad ním.
Ohřátý vzduch stoupá vzhůru. Tomu jevu se říká konvekce. Na jeho místo se shora tlačí vzduch studený.
Tereza: Jak teplý vzduch stoupá, klesá zároveň jeho tlak a tak se ochlazuje. Znáte to, když nafukujete pneumatiku, že pumpička se stlačováním vzduchu zahřeje. A naopak při vypouštění se vzduch nebo i jiné plyny ochlazují. Například u spreje nebo bombičky při přípravě sifonu. V určité výšce ve vzduchu začne kondenzovat vlhkost a vznikají oblaky.
Michael: Ale existuje výjimka. Někdy dochází k docela opačnému jevu, který se jmenuje teplotní inverze. Simply speaking, that´s when the temperature of the air increases and not decreases with height.
Prostě je to tehdy, kdy teplota vzduchu s výškou neklesá, ale stoupá.
Teplotní inverze vzniká tak, že studený vzduch stéká po svazích dolů do kotliny, kde vytvoří studenou vrstvu. V ní z kondenzující vodní páry vzniká mlha nebo nízká oblačnost. Inverzní situace jsou známé především ze severních Čech. V rozsáhlé pánvi mezi Krušnými horami a Českým středohořím vznikají často na mnoho dní na podzim a v zimě. Jejím důsledkem je velká a škodlivá koncentrace kouře z nekvalitního uhlí. Vysoké komíny severočeských elektráren přitom inverzní vrstvu prorazí. Zdrojem nebezpečných emisí jsou místní topeniště rodinných domků a staré městské zástavby, a samozřejmě i výfuky motorových vozidel.
Autoři: Vladimír Kunz, Michael Londesborough