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珠穆朗瑪峰離太陽更近 為何峰頂溫度卻很低?

珠穆朗瑪峰是喜馬拉雅山脈的最高峰,同時也是世界上最高的山峰,有一半位於我國青藏高原境內。目前公認的該山峰的岩面高度為8844米,算上雪蓋,高度為8848米。許多登山愛好者都以登上珠穆朗瑪峰為榮。

珠穆朗瑪峰常年被冰雪覆蓋,年平均氣溫零下30攝氏度左右。聖母峰上能夠常年保持積雪,直接原因就是因為平均氣溫很低。珠穆朗瑪峰明明離太陽更近,為什麼山峰上的溫度卻這麼低呢?科學探索菌就跟大家來聊一聊這個有趣的話題。

珠穆朗瑪峰的形成

地球內部可以分為地核、地幔和地殼三大圈層,地球表面一直在緩慢的運動,其中地殼按照相關特徵可以分為六大板塊。亞歐板塊和印度洋板塊相互擠壓形成了喜馬拉雅山脈和青藏高原,整個喜馬拉雅山脈就高達六七千米。珠穆朗瑪峰也就是在兩大板塊擠壓下緩慢抬升形成的。

珠穆朗瑪峰高達8000多米,曾經可能高達上萬米,未來也許還能重回這個高度。有趣的是,地球上的山峰也有高度限制,限制它們高度繼續增長阻力是重力和岩石的承載能力。隨著山體高度的增加,最底層岩石受到的壓力也不斷增加,超過岩石所能承載的極限時,最底層的岩石將會融化成岩漿並崩解。理論計算表明,地球上最高的山峰不可能超過2萬米。

赤道附近也有雪山

珠穆朗瑪峰位於北溫帶,山峰上覆蓋著大約數米厚的雪。由於海拔較高,山頂上的空氣非常稀薄,大氣壓僅為地表的1/3,因此空氣中的含水量也很低,聖母峰上的雪是長年累月積累而成的。

聖母峰上夏季最高溫仍低於0度,這些積雪並不會融化。而南坡的雪線高度比北坡低,這是因為,南坡位於迎風面,來自印度洋的暖濕氣流遇冷形成了大量的降雪,南坡比北坡的降水量更豐富。

除了溫帶的高山上有雪,熱帶赤道附近海拔較高的山峰上也有積雪,比如位於赤道附近的吉力馬札羅山(位於非洲肯亞)的高峰上就有積雪。

上圖為位於赤道附近的吉力馬札羅山

這是因為,在地球表面附近,嚴格來說應該是大氣圈的對流層,海拔每升高100米,溫度大約下降0.6攝氏度。根據登山者的測量,聖母峰上的最低溫度可達零下50攝氏度,比理論值略高一點。

為何離太陽更近的地方,溫度反而更低?

在我們的日常經驗中,當受到的太陽輻射越強,環境溫度應該更高才是。離太陽更近(海拔高)、太陽直射(緯度低),溫度應該更高,可是赤道附近的高山卻有積雪。事實上,全球海拔5千米以上的高山上都常年積雪。為何海拔越高,溫度越低?

實際上,溫度隨著海拔的升高而降低,這隻適用於對流層。平流層的大氣溫度會隨著海拔的升高而逐漸升高。

上圖中紅線為大氣溫度的垂直分布變化趨勢

對流層是地球大氣層中最靠近地面的一層,他占了整個地球大氣層總質量的75%,地球大氣中90%的水氣都集中於對流層,就是說雲層幾乎都位於對流層。對流層頂距離海平面的高度隨著緯度的升高而逐漸降低,低緯度地區1.7~1.8萬米,中緯度地區1~1.2萬米,極地僅8000~9000米。

當太陽穿過大氣層照射到地球表面,會使地表升溫,而地面又會以長波(肉眼不可見的紅外線)的方式向大氣中輻射熱量。在地球重力的作用下,大氣密度呈梯度分布,地表溫度自然也會呈梯度分布,海拔越高、大氣密度越小、溫度越低。

地表空氣接收到的地面輻射較多,且比較稠密,自然溫度較高。而高海拔地區常年積雪,白雪對陽光的反射率很高,使得地表吸收的陽光更少,溫度自然比海平面附近低很多。

說聖母峰離太陽更近,可能有些人覺得這是笑話。就拿我國的青藏高原地區來說,該地區接收到的太陽輻射就比全國其他地區要強很多,主要原因就是青藏高原地區緯度低、海拔高和空氣稀薄。白天太陽輻射強,氣溫很高;而到了夜晚,由於空氣稀薄、保溫性差,就會變得異常寒冷。藏族人的藏袍就與高原地區晝夜溫差大這個特點有關。

大氣溫度的垂直分布情況

上面說到對流層,下面來介紹一下大氣的分層現象。地球大氣層,主要可以分為5個圈層,由內到外依次為:對流層、平流層、中間層、熱氣層(又叫熱氣層)、散逸層(又叫外層)。大氣層以外的空間就屬於星際空間了,完全處於真空狀態,不存在溫度。

地球表面的平均溫度大約為15攝氏度。從上圖中可以發現:在對流層和中間層,溫度會隨著海拔的升高而逐漸降低;而在平流層及熱氣層以上區域,溫度會隨著海拔的升高而逐漸升高。可見,大氣層的溫度並不是隨著海拔的升高而逐漸降低的,外層大氣的溫度會熱死人。

造成這一現象的原因是大氣分層。地球大氣主要由氮氣、氧氣、二氧化碳和水蒸氣等構成,它們的密度各不相同,對各種電磁輻射的吸收能力也不同。比如,二氧化碳是重要的溫室氣體,他的密度就比空氣的平均密度大,通常位於大氣層底部。

結語

由此可見,珠穆朗瑪峰上的溫度很低,原因在於高海拔地區的大氣比較稀薄,比地表大氣的保溫效果差很多,並且來自地面的長波輻射也少。因此,在海拔8000多米的地方,即使是夏天,積雪仍然不會融化。

責任編輯: 王和  來源:科學探索菌 轉載請註明作者、出處並保持完整。

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