Hvis varme stiger opad, hvorfor er det så koldere i bjergene?

Det er et supergodt og klogt spørgsmål – for hvorfor egentlig?

Det er rigtigt, at varm luft stiger opad. Det er faktisk det, der skaber de opadgående luftstrømme (såkaldte 'termik-vinde'), som svævefly bruger til at komme højere op, og som store rovfugle som kondorerne i Sydamerika bruger, så de i timevis kan svæve i luften uden at skulle baske med vingerne.

Men der er mange andre ting, der også spiller ind på luftens temperatur.

Når luft stiger opad, udvider den sig, fordi lufttrykket bliver lavere, desto højere op man kommer.

Energien i luften bliver så fordelt over et større område, og det gør, at temperaturen falder.

Hvorfor stiger luften?

Denne effekt 'vinder' over den varme luft, som stiger til vejrs. Den varme luft i en termisk opvind bliver nemlig køligere, desto højere den stiger, indtil den har samme temperatur som luften omkring sig – og så stiger den ikke længere.

Men hvorfor stiger luften overhovedet? Det er, fordi luften omkring os bliver varmet op nedefra – fra Jordens overflade.

Når solen skinner, varmer den faktisk ikke selve luften i de nederste par kilometer af atmosfæren (det lag som kaldes 'troposfæren'), fordi der næsten ikke er nogen luftarter i dette luftlag, som kan suge Solens varme til sig.

Solen varmer i stedet Jorden op – og Jorden varmer så luften op nedefra. Lidt ligesom, når man varmer vand i en gryde: det bliver også varmt nedefra fra bunden af gryden.

Jordens drivhuseffekt

Jorden sender det meste af sin energi tilbage ud i rummet som varme – eller infrarød stråling (det er lys med længere bølgelængde end det, vi kan se, men kortere bølgelængde end mikrobølger).

Og her er der faktisk mange luftarter i atmosfæren, som er rigtig gode til at suge denne slags stråling til sig – også selvom de ikke mærker Solens varme direkte.

Det er de såkaldte drivhusgasser – for eksempel vanddamp, kuldioxid (CO₂) og metan. Fordi vi har dem i luften, er det især absorption af den infrarøde varme, der varmer atmosfæren op.

Igen er det luften tæt ved jorden, der bliver varmest, fordi det er her, der bliver opsuget mest varme. Den varme luft tæt på Jordens overflade bliver lettere end den koldere luft over den, så den begynder ofte at 'boble opad' i atmosfæren – ligesom vandbobler i en gryde på komfuret.

Men i atmosfæren er der en vigtig regel: Trykket falder, jo højere man kommer op – og det gør temperaturen også.

Forskel på tør og fugtig luft

På 'vejr-sprog' kaldes det 'temperaturfald per meter' – eller på engelsk 'lapse rate'. I tør luft (altså uden fugt og vanddamp) falder temperaturen med næsten 10 grader, for hver kilometer man bevæger sig opad – eller knap 1 grad for hver 100 meter.

Men hvis luften er fugtig med vanddamp, sker der noget lidt andet: I takt med at luften stiger og bliver koldere, kan den ikke længere holde på så meget vanddamp.

Noget af dampen bliver derfor nødt til igen at blive til små vanddråber. Det kaldes kondensation. Og når det sker, bliver den varme, der skulle bruges til at fordampe vandet i første omgang, ført tilbage til luften.

Varmen gør, at luften ikke køler helt så hurtigt ned, som den ellers ville. Det betyder, at temperaturfaldet – altså den såkaldte 'lapse rate' – bliver mindre.

Hvor meget mindre afhænger af, hvor fugtig luften var til at begynde med.

I gennemsnit falder temperaturen så ikke længere med cirka 10 grader per kilometer, men kun med omkring 6,5 grader per kilometer.

Men hvad sker der så med vandet i luften? Det danner bittesmå dråber, og dem kalder vi skyer. Hvis tilstrækkelig mange dråber samler sig og bliver tunge nok, falder de ned til jorden som regn.

Skyer, regn og lyn

Vi har skyer og regn, fordi temperaturen falder, jo højere vi kommer op. De skyer, der bliver dannet på den måde – når varm, let luft stiger op i en termisk opvind – kaldes cumulusskyer.

Cumulusskyer, som er de karakteristiske hvide 'vattotter', er altid ujævne og bulede på toppen og ligner blomkål. Det er, fordi de forskellige dele af luften, som stiger til vejrs, indeholder forskellige mængder vanddamp.

Når vanddampen bliver til dråber, frigives der varme – men hvor meget varme, der bliver frigivet, afhænger af, hvor meget vanddamp der var til at begynde med. Derfor stiger visse områder i luften højere op end andre, alt efter hvor 'let' og fugtig luften er.

Den mest fugtige og letteste luft stiger højest op, mens den tørre og tungere luft ikke kommer så langt.

Frossen regn

Hvis der er rigtig meget fugt i luften, kan det resultere i en tordensky med både lyn og torden og masser af regn. Ja, ikke kun regn – nogle gange kommer der også hagl, altså frossen regn.

Det sker, fordi temperaturen øverst i en stor sky er langt under frysepunktet. Derfor består den øverste del ikke af vanddråber, men af iskrystaller. Iskrystallerne kan klumpe sig sammen og skabe enten hagl eller sne.

Sjovt nok er det faktisk kollisionerne mellem iskrystaller og vanddråber, som bevæger sig op og ned i den høje cumulussky, der skaber lyn. Når det sker, hober elektriske ladninger sig op – de positive samler sig i toppen af skyen, og de negative i bunden. Det er det, der fører til lyn og torden.

Men for at vende tilbage til det oprindelige spørgsmål: Hvorfor er det koldere i bjergene?

Det er, fordi vi bevæger os op i atmosfæren, væk fra Jordens overflade og op i højere luftlag, når vi bestiger et bjerg. Her er trykket lavere, og det får temperaturen til at falde.

Varm luft kan stadig stige op fra toppen af et bjerg, men den er allerede koldere fra starten end luften nede ved havets overflade – simpelthen fordi trykket er lavere oppe i højden.

Bjergbestigere, som klatrer op ad meget høje bjerge som Mount Everest, har næsten altid iltflasker med. Det er, fordi luften er så tynd på bjerget, at det er svært at få nok ilt ved bare at trække vejret normalt.

Det er også derfor, sne og is bliver liggende på bjergtoppen året rundt: Der er simpelthen koldt nok til, at isen ikke smelter, selvom solen skinner.

Denne artikel er oprindeligt publiceret hos The Conversation og er oversat af Stephanie Lammers-Clark.