山の上はなぜ寒いのですか？

質問

子供が山の上は日がよく当たって暖かいはずだ…というのですが、私は説明が出来ません。なぜ高いところは寒いんでしょうか？

回答No.11

noname#30

太陽の光によって暖められるのは空気ではなくて、地面であるという点はNo.9のmimizukunさんのご指摘の通りです。しかし、夜の間に冷えていくのも地面からです。昼間強く熱せられたところほど夜間は大量のエネルギーを放出して、バランスをとっています。地球からの夜間放射（赤外線）の中心的役割を担うのは地面、水面です。地球の昼の部分で暖められた分を夜の部分で宇宙空間へ放出していますので、長い目で見た年平均気温は比較的安定しているのです。空気が赤外線で暖められ得ることは事実ですが、透過性が高く気温を上げるための主要な要因にはなりません。熱伝導、対流の方が遙かに大きな要因です。赤外線に対する吸収・反射特性が高いのは雲です。また、二酸化炭素は空気の中の酸素や窒素よりも赤外線を吸収し易いことから、地球温暖化の原因物質とされています。No.9の説明では不十分でしょう。
　基本的には、No.6までの回答が正解に近いです。
　これは断熱膨張ということを考えると解りやすいと思います。地表面で30℃だった空気１リットルを熱や空気の出入りがない条件で、1000m上空へ持っていったらどうなるでしょうか。空気が薄いので、容積は膨らみます。そして、エネルギー保存の法則の関係から（押し合いへし合いが解消されるので）温度は下がります。
　身の回りの品物でこの原理を利用しているのは冷蔵庫やエアコンです。これは気化熱も利用していますが、原理はよく似ています。エアコンは室外機の圧縮機で冷媒を圧縮し、温度の高くなった冷媒を外気で冷やして液化し、室内機のところで減圧気化させて冷やしています。
　さて、山の上は当然のことながら標高が高く空気が薄いために、全般に気温が低くなりますが、お子さんの疑問のように、山の上では太陽光線が海抜0m地帯よりは強く、暖まり易いのは事実です。特に南斜面では太陽の光をまともに受けますので地面は温かくなりやすくなります。このため標高の低いところでは、南斜面は平地よりも暖かく、これを利用してミカンの生産などが行われています。しかし、標高がある程度以上高くなってしまえばやはり気温は下がります。
　さて、夏場の太陽に晒された山の南斜面は強烈に熱せられます。このため空気も強く熱せられて膨張し、周囲の空気よりも軽くなるために（これは熱気球と同じ原理ですが）、急激な上昇気流がおきます。これが上空１万メートルにも達する積乱雲（カミナリ雲）になります。
　山の上、特に南斜面は強く熱せられるというのは事実です。これを前提にして説明されると良いでしょう。

補足

遅れてすいません。
　tatさんの斜面でみかんを作るというのがわかりやすくて子供に説明するのにgoodでした。
　ありがとうございます。

回答No.10

noname#74

お答えではなく、質問なのですが、No.9のmimizukunさんの答えは基本的に正しいと思います。そうするとたとえば高原などの、高地にある平野とか、盆地のようなところでは地表と同じように暖かくなりそうな気がするのですが、どうして涼しいのでしょうか。

回答No.9

mimizukun

勘違いしている人が多いようですが、空気というのは、太陽から直接暖められるのではないということです。太陽熱はまず、地面を暖めます。そして、地面から出る赤外線で空気が暖められるのです。ということは、地面に近い空気が暖かくて、エベレストなど高い山の空気は冷たくなるのは、必然的です。

回答No.8

sai

教科書的には、皆さんの説明が間違いとは言えないと思いますが、
お子さんに分かりやすく説明するため、実験してみてはいかがでしょう。
よく晴れた日の、できれば１２時頃、日なたのアスファルトか、コンクリート等の
地面に手を当てさせて気温とどちらが暖かいか、比べてもらいます。
通常なら、地面の方が暖かく感じるはずです。
これで、太陽は、空気を直接暖めているのではなく、
まず地面を暖め、その地面の熱が空気を暖めていることが実感できます。
次に、どろどろのシチュー状の液体と、水を、それぞれ温め、冷める速さを見ます。
シチューの方が冷めにくいですよね。又、水よりシチューの方が粒々も多く見えます。
『濃い（粒々が多い）方が冷めにくい』ことを、実感できます。
そして最後に、水とシチューを混ぜてしばらく置くと、シチューが下にたまります。
『重いから下にたまる』『濃い（粒々が多い）方が重い』ことを、視覚的に捉えることができます。
最後に、実感しにくい事ですが、空気にも、薄い濃いがあることを教えます。
目には見えないけれど『空気』は、酸素や二酸化炭素等の、粒々で成り立っていると説明し、シチューの実験のように、空気の下の方、つまり地面に近いほど粒々が多い、すなわち、濃いと説明します。
以上の実験をふまえた上で、二層に分離した液体を、地球の大気のモデルとして、
『地表に近いほど空気が濃い』『濃い空気ほど熱を蓄えやすく暖かさを保てる』逆に
『地表から遠いほど空気は薄い』『薄い空気は熱を蓄えられず暖かさを保てない』と
視覚的、体験的に理解しやすくなるのではないでしょうか。
ホントは、気圧（気化熱って聞いたことありませんか？）のややこしい理屈が絡むんですけど、すごく簡単な言葉にすると、『高い所は空気が薄いから寒い』のです。

参考URL：

学研『秘密シリーズ』

回答No.7

to-comas

補足させていただきます。
高度の高いところが低温だというのは、諸氏の書かれているとおりです。
しかし、「日がよく当たって暖かいはずだ…」の答えにはなっていないような気がしまして...
　日が当たって暖かいのは、太陽から放射されている赤外放射(赤外線)によって、物体が暖められるからです。この赤外放射は、波長が長く透過性が高いために、「地上」も「山の上」にもそれほど差がない強さで届いています。しかし熱を蓄えておくもの（この場合は空気）の量に大きな差があるのです。空気が薄いために「山の上」は暖まらないのです。
　ちなみに、紫外放射は、波長が短いため透過性が悪く、「地上」に比べ「山の上」には強く放射されています。登山中に、日焼けやひどい場合は皮膚炎症を起こすのはこのためです。日焼けは、紫外放射の強度に関係し、暑さ・寒さには関係なく起こります。

回答No.6

ymrie

山の上は空気が薄いことは地球の引力によります。
それで薄いということは空気の分子が少ないと言うことです。
例えば”おしくらまんじゅう”をすると体があったまってきますよね。
体と体がこすれあって摩擦熱が発生して温度が上がります。
これが空気間の分子同士にも同じことがおきています。
当然人数が多いほうがよりあったまるので、空気の分子がたくさんある地表近くが
山の上よりあったかいのです。

回答No.5

kawakawa

地球の大気圏は地球の引力によって保たれています。だから地表に近いところほど、大気の濃度は濃く、高度が高くなると薄くなります。ほぼ真空の宇宙空間は熱を伝えていく（エネルギーを熱に変化させる）分子がほとんどないために、非常に低い温度です。高山の上でも同様で、高いほど空気が薄く、熱が発生しなくなります。標高が100m高くなると気温は0.6℃程低くなるといわれています。つまり、地表温度が30℃の時、5000mの山の上では0℃になるのです。もっとも、紫外線は地表に比べてはるかに多く降り注ぐので、山登りをすると寒いのに日焼けをするのです。

回答No.4

cricket

問題は空気にあります。
高いところは空気が薄い。つまり空気の分子が少ないのです。
一方熱は分子の振動です。
低いところは空気の分子が多く、分子の振動が他の分子に伝わりやすくなりますし、
分子の衝突による摩擦熱も生じます。
空気の分子の少ないところはそれが少なくなってしまうのです。

回答No.3

rasukaru

子供の質問って本当にドキッとしますよね・・・・・
今回の質問に限らず、そういうときは下のアドレスにアクセスしてみてください。
目からうろこ、間違い無しです。

参考URL：

http://www2.justnet.ne.jp/~y-kawamura/index.html

回答No.2

noname#74

地表の近くでは、上空からの空気の重みで押さえつけられて、ぎゅうぎゅう詰の満員電車のように熱くなりますが、山の上に行くにしたがって、上にある空気の層が薄くなるので、押さえつける力も弱まり、だんだん冷めてきます。
温度というのは分子運動の総和（または平均値、どっちにしても同じこと）を表すものなので、平均値を上昇させるような大きな運動量を持った分子がいなくなれば温度は下がります。上空に行くほど空気の密度は下がるので、熱い分子は逃げ出しやすいのです。