Hvorfor blir det kaldere nærmere solen?

En 1. klasse på videregående skole funderer på hvorfor det blir kaldere jo høyere man kommer opp i atmosfæren, når det faktisk er nærmere solen?

Kloden sett fra den internasjonale romstasjonen

Sørnorge og Danmark sett fra den internasjonale romstasjon 3. april 2015. Man kan se snøen i fjellet og byene lyser opp. I kanten mot vest ser vi det tynne lag med luft som er atmosfæren. Det grønne nordlyset dannes i omkring 100km høyde - over troposfæren og stratosfæren. Fotografi: NASA Earth Observatory

Foto: NASA Earth Observatory

Hva er temperatur?

Solen er ganske riktig vår varmekilde og den sender ut stråling som blant annet setter molekyler i atmosfæren i bevegelse. Varm luft betyr at molekylene beveger seg mye.

Den energien overføres til oss eller til termometeret, slik at molekylene i kroppen vår eller i termometeret også settes i bevegelse, og vi blir varme. Væsken i termometeret utvider seg og stiger opp. Omvendt hvis det er lite molekylbevegelse.

Bevegelsen av molekylene i luften henger sammen med trykket. Det kan man oppleve hvis man utfører eksperimentene her på siden. Temperaturen avtar når trykket minker.

Tynt lag

Atmosfæren vår er et relativt tynt lag (~100km) med luft som omgir Jorden og som blir holdt på plass av Jordens tyngdefelt. Trykket er det samme som vekten av luften over. Det avtar derfor på vei opp gjennom atmosfæren, inntil man kommer til det ytre rom og trykket er null. Her er temperaturen bare noen grader over det absolutte nullpunkt som er -273,16° Celsius (0 Kelvin).

Den del av atmosfæren vi lever i kalles troposfæren. Dette laget er omkring 9 km tykt over polene og 17 km over Ekvator. Her finnes det aller meste av vanndamp, skyer og vær. Temperaturen avtar stort sett opp igjennom denne del, og høyt oppe i troposfæren, der hvor flyene går, er temperaturen ofte nede i -50° eller -60° C. Høyere oppe kommer Stratosfæren hvor ozonlaget som beskytter oss imot UV-strålingen fra solen er, så her stiger temperaturen igjen. Men la oss holde oss i troposfæren.

Jorden stråler

En del av sollyset varmer luften opp, og en del når ned og varmer opp sjøen og jordoverflaten. Det er ikke bare solen som sender ut stråling. Det gjør jorden også, selv om vi ikke kan se det. Utstrålingen er med på å regulere temperaturen på jorden. Når vi øker atmosfærens innhold av de gassene som er gode til å ta imot utstrålingen fra jorden, som for eksempel CO2, så holder vi på mer av varmen. Derfor kalles de gassene for drivhusgasser.

Tre effekter

Vi har altså minst tre effekter som alle bidrar til at temperaturen avtar med høyden i troposfæren:

  • trykket avtar med høyden
  • jordoverflaten avgir varme til luften nær bakken
  • luften mottar energi fra solen men den ytre del mister energi til verdensrommet fordi den selv sender ut stråling

Den største soloppvarmingen skjer ved ekvator, men sirkulasjonen i havet og atmosfæren med for eksempel høytrykk og lavtrykk og havstrømmer, transporterer varmen mot polene slik at mye av forskjellene jevnes ut.