높은 곳(고지대)으로 갈 수록 추운 이유는?

높은 곳에 올라갈 수록 온도가 높다?

 

요즘은 중앙히터가 있지만 과거에 교실 풍경을 보면 옹기종기 난로 옆에 붙어 있었습니다. 이는 어떠한 열을 발생시키는 물체에 가까이 가면 따듯하고 멀어지면 추워진다는 뜻입니다.  

 

 

그렇다면, 위 그림처럼 B건물보다 A건물 꼭대기가 태양에 더 가까우니 따듯한거 아닌가?라는 생각을 해볼 수 있는데 이는 꼭 틀린 말은 아닙니다. 하지만 공기, 지구복사에너지, 중력, 공기밀도 등 여러가지 조건에 따라서 달라지게 됩니다.

 

열을 가진 모든 물체는 복사를 통해 열을 내보내거나 흡수합니다. 이러한 원리로 지구 표면이 따듯해지는 이유는 해빛이 직접 공기를 달궈서 더워지기보다는 지표면이 햇볕을 받아 더워지면서 발산하는 복사열이 대기의 온도를 높이면서 더워 집니다.

 

▲지구 복사 에너지 생성 과정

 

 

 

지구의 표면이 해빛을 흡수한 뒤 흡수한 만큼의 에너지를 복사에너지 형태로 대기 속으로 내보내는 것입니다. 공기는 지표가 발산한 복사열을 받아서 일정 에너지를 머금고 대기권 안으로 갇히게 되고, 공기는 해가 지표면을 비춰주는 낮과 그렇지 않은 밤의 온도차이를 보상해주게 됩니다. 즉, 태양이 없는 밤에도 어느 정도 온도가 유지되는 이유가 지표면의 에너지를 흡수한 공기 때문 입니다.

 

 

▲대류 현상

 

대류 현상을 예로 한가지 더 설명 드리면, 높은 온도의 공기는 위로 낮은 온도의 공기는 밑으로 향하는게 대류 현상입니다. 어떠한 물을 끓이게 되면, 불에 닿아있는 냄비의 아랫부분의 물이 데워져 위로 올라가고 위쪽의 상대적으로 덜 덥혀진 물들이 아래 쪽으로 내려가며 순환하여 전체 물을 고르게 덥히는 현상과 같습니다.

 

아래쪽에서 덥혀진 공기층이 위로 계속올라가면, 상층부의 공기가 더 따듯해야 하지만 이는 공기밀도에 영향이 있습니다. 지구의 중력이 약한 상층부로 올라갈 수록 공기의 입자가 희박해지고 압력이 낮아집니다. 즉, 공기가 팽창하게 되고 내부의 입자들이 주변 공기층을 밀어내며 더 넓은 영역을 차지하려고 하는 것으로 일을 하며, 에너지를 소비하게 됩니다.

 

복사에너지로 부터 얻은 에너지를 잃게 되면서 공기의 온도는 낮아지게 됩니다. 결국 높은 산에서 온도가 낮은 이유는 태양과의 거리가 좁혀져 얻는 에너지보다 지표에서 멀어져 약해지는 복사열이 더 크기 때문입니다.(지구와 태양과의 거리는 약 1억 5000만km 이며, 에베레스트산은 8.8km 거리의 백분율은 0.000059%)

 

결론 

1. 지구의 온도는 태양에너지가 아닌 지구 복사에너지로 결정 된다.

2. 더운 공기가 위로올라 가더라도 공기가 팽창 하면서 에너지를 잃게 되며, 이는 온도가 낮아짐을 의미 한다.

3. 지구와 태양과의 거리는 약 1억 5000만km로 고지대로 가더라도 태양에너지에 대한 차이는 미미하다.