理科の先生に質問です。

質問

お風呂で表層部に手を入れてみると温かいのにいざ入ってみると下の方は暖まってないという現象ありますよね。
確かこれは空気にも言えることで、箱の中に暖かい空気と冷たい空気を混ぜたら暖かい空気が上に、冷たい空気が下の方になると記憶しております。

ではこれを地球全体で見たらどうでしょう。
地球の場合、地面に近い部分の方が暖かく、高度が上がるに連れて気温が下がっていきます。
ましてや高度が上がるほど太陽にも近づいていくはずです。
一体どういうことなのですか？

もしかしたら中学の理科でやったことかもしれないのですが、ちょっと気になったので質問させて頂きます。

回答No.1

noname#66332 · ベストアンサー

理科の先生でないので、素人説明ですが‥‥

1) 地面に近いほど暖かい
空気は太陽光を通し、地面は太陽光を吸収しますから
「太陽に温められた地面」に空気が温められる＞＞＞＞太陽に「直接」空気が温められる
例えば夏の車で、車内のシートやハンドル（光を通さない）が熱くなっていても窓ガラス（光を通す）はたいして熱くなりませんよね。

2) 気圧が高いほど暖かい
高度が上がるにつれ、地表と比べて気圧（乱暴に言うと空気の密度）が下がります。水に沈めた風船が、下に沈めていくほど強く縮むことで直感的にご理解頂けますでしょうか。
温度が高い＝分子が運動することで衝突する回数が多い
ですから、
気圧が低い ＝ 衝突してくる分子そのものが少ない ＝ 温度が低い
となりますので、高い山の上が太陽に近いぶん暖かい　とはならないわけです。山頂でも地面が太陽から受ける熱の量は同じですが、それによって温められるべき空気そのものが少ないので、いつまでたっても暖かくはならないんですね。

地面で温められた空気は分子の運動が大きくなる事で体積が大きくなる ＝ 密度が下がる ＝ 軽くなることで冷たい空気より上に上っていくことで、対流が起こります。
ただし上っていった空気は気圧が下がる事と熱源である地面からも離れてしまうことで、すぐに冷えてしまうわけです。（すぐ近くの水面までしか温かい水が上昇しないお風呂の水とは、ここが違うところです）

回答No.4

noname#66332

#1です。
#3様、修正大変ありがとうございました。お恥ずかしい限りですm(__)m
質問者様へも大変失礼しました。

回答No.3

BookerL

＃１の回答がありますが、１）はいいのですが、２）がまずいです。

＞温度が高い＝分子が運動することで衝突する回数が多い

ではありません。

温度が高い＝分子の運動エネルギーが大きい

です。
　地球大気でも、成層圏の上の方では気圧が地表付近の1000分の１くらいですが、気温は０℃くらいです。
http://www.jma.go.jp/jma/kishou/know/whitep/1-1-1.html

　さらに超高層の熱圏になると、気圧は100万分の1気圧くらいに低くなって、分子の衝突は地表とは比べものにならないくらい少なくなりますが、温度は非常に高くなり、1000℃以上になります。直接太陽放射のエネルギーを吸収して、分子のエネルギーが大きくなるからです。（ただし、大気が薄いので、エネルギーそのものの量は大きくない。）
http://www.sci.himeji-tech.ac.jp/life/geology/lecture.files/res2a.html

　地表付近（対流圏）で、上空ほど気温が低いのは、地表付近で暖められた空気が上昇するとき、気圧が低くなるので膨脹し、エネルギーを放出するので温度が下がります。（断熱膨脹といいます。）

回答No.2

debukuro

太陽に近い方が暖かいはずでは？
これについて補足します
熱源から受ける輻射熱は熱源からの距離の二乗に反比例します
太陽までの平均距離は約１４億９千６百万キロメートル
対流圏の厚さは１．４キロメートル
計算してみてください
地表と上空で受ける熱量に差がないことが分かります
鍵は大気の密度です
計算するときは太陽までの平均距離から地球の平均半径６３７０キロメートルを引いてください