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珠穆朗瑪峰離太陽更近,為什麽峰值溫度這麽低?

珠穆朗瑪峰是喜馬拉雅山的最高峰,也是世界最高峰,它的壹半位於中國青藏高原。目前公認的山峰巖面高度為8844米,包括積雪在內的高度為8848米。許多登山者以攀登珠穆朗瑪峰為榮。

珠穆朗瑪峰終年冰雪覆蓋,年平均氣溫在零下30攝氏度左右。珠穆朗瑪峰之所以能終年積雪,直接原因是平均氣溫很低。珠穆朗瑪峰顯然離太陽更近。為什麽山峰上的溫度這麽低?科學探索菌就和妳聊聊這個有趣的話題。

珠穆朗瑪峰的形成

地球內部可分為三層:地核、地幔和地殼。地球表面壹直在緩慢移動,地殼根據相關特征可分為六大板塊。亞歐板塊和印度洋板塊相互擠壓,形成了喜馬拉雅山和青藏高原,整個喜馬拉雅山高達六七公裏。珠穆朗瑪峰也是在兩個板塊的擠壓下緩慢隆起形成的。

珠穆朗瑪峰有8000多米高。曾經高達數萬米,以後可能還能回到這個高度。有趣的是,地球上的山峰也有高度限制,阻礙它們繼續生長的阻力是重力和巖石的承載能力。隨著山高的增加,底部巖石受到的壓力也在增加。當超過巖石所能承受的極限時,底部的巖石就會融化成巖漿而解體。理論計算表明,地球上最高的山不可能超過20000米。

赤道附近也有雪山

珠穆朗瑪峰位於北溫帶,峰頂覆蓋著厚約數米的積雪。因為海拔高,山頂的空氣很稀薄,大氣壓只有地表的1/3,所以空氣中的含水量也很低。珠穆朗瑪峰上的雪是經年累月積累起來的。

珠穆朗瑪峰夏季最高氣溫仍在0度以下,積雪不會融化。南坡的雪線高度低於北坡。這是因為南坡位於迎風面,來自印度洋的暖濕氣流較冷,導致降雪較多,南坡的降水比北坡豐富。

除了溫帶的高山,熱帶赤道附近的高海拔山峰上也有積雪,比如赤道附近的乞力馬紮羅山(位於非洲肯尼亞)的山峰。

上圖是赤道附近的乞力馬紮羅山。

這是因為,在地球表面附近,嚴格來說,應該是大氣的對流層。海拔每上升100米,氣溫下降約0.6攝氏度。據登山者測量,珠峰最低溫度可達零下50攝氏度,略高於理論值。

為什麽越靠近太陽溫度越低?

在我們的日常經驗中,太陽輻射越強,環境溫度越高。更靠近太陽(高海拔)和陽光直射(低緯度),溫度應該更高,但赤道附近的山區有雪。其實全世界海拔5公裏以上的山區都是常年有雪的。為什麽海拔越高溫度越低?

事實上,溫度隨著海拔的升高而降低,這僅適用於對流層。平流層的大氣溫度會隨著海拔的升高而逐漸升高。

對流層是地球大氣層中離地面最近的壹層,占整個地球大氣層總質量的75%,地球大氣層中90%的水汽集中在對流層,也就是說幾乎所有的雲都位於對流層。對流層頂距海平面的高度隨著緯度的增加而逐漸降低,低緯度地區從1.7米到1.8米,中緯度地區從1米到1.2米,極地地區只有8000米到9000米。

當太陽透過大氣層照射到地球表面時,會使地球表面變暖,地面會以長波(肉眼看不見的紅外線)的形式向大氣輻射熱量。在地球引力的作用下,大氣密度呈現梯度分布,地表溫度自然也呈現梯度分布。海拔越高,大氣密度越小,溫度越低。

地表空氣接受更多更密集的地面輻射,自然溫度更高。高海拔地區常年有雪,雪對太陽光的反射率很高,使得地表吸收的太陽光較少,溫度自然比海平面附近低很多。

有人可能覺得珠穆朗瑪峰離太陽更近是個笑話。以我國青藏高原為例,該地區接收的太陽輻射比全國其他地區強得多,主要是因為青藏高原緯度低、海拔高、空氣稀薄。白天太陽輻射強,溫度很高;到了晚上,由於空氣稀薄,保溫性差,會變得異常寒冷。藏袍與高原地區晝夜溫差大有關。

大氣溫度的垂直分布

說到對流層,我們來介紹壹下大氣的分層現象。地球的大氣層可以分為五層,從裏到外依次是:對流層、平流層、中間層、熱層(也叫暖層)和外逸層(也叫外層)。大氣層外的空間屬於星際空間,完全處於真空狀態,沒有溫度。

地球表面的平均溫度約為15攝氏度。從上圖可以發現,在對流層和中間層,溫度會隨著海拔的升高而逐漸降低;在平流層和暖層以上,溫度會隨著海拔的升高而逐漸升高。可以看出,大氣層的溫度並不是隨著高度的增加而逐漸降低的,外層大氣的溫度會是熱的。

造成這種現象的原因是大氣層結。地球大氣層主要由氮氣、氧氣、二氧化碳和水蒸氣組成,它們的密度不同,對各種電磁輻射的吸收能力也不同。例如,二氧化碳是壹種重要的溫室氣體,其密度高於空氣的平均密度,通常位於大氣底部。

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可以看出,珠峰上的溫度很低,因為高空大氣稀薄,比地表大氣的保溫效果差很多,地面的長波輻射也少。所以在8000米以上的海拔,即使是夏天,積雪也不會融化。