[November 12, 2021 1.41am AEDT] – ネオ、10、ボクスブルク、南アフリカ
[ 答えてくれる先生 ]
ジェニファー・フィチェット
ウィットウォーターズランド大学自然地理学准教授
ネオの質問：
地球の核がマグマでできていて熱いために冷気が下がり、宇宙は冷えているために熱気が上がりますか？そして、そのサイクルが繰り返されているのですか？
ネオ、この素晴らしい質問をありがとう！あなたは明らかに非常に分析的な心を持っており、いつか優れた大気物理学者、つまり私たちの大気で起こっている物理的プロセスを調べる研究者になるかもね。
熱気の上昇と冷気の沈下は、私たちの日々の天候と長期的な気候のほぼすべての側面にとって重要です。風が吹く方向と吹く速さに影響します。また、雨が降る可能性があるかどうか、および降雨の種類にも影響します。地球のより広い領域にわたって、そしてより長い期間にわたって、それは私たちの季節にさえ影響を及ぼします。ですから、これは本当に重要な質問であり、私のような気候学者が私たちの仕事の多くの側面で取り組んでいる質問です。
まず、地球の中心部で何が起こっているのかを説明し、次に宇宙の温度について少しお話ししたいと思います。それが終わったら、熱気が上昇し、冷気が沈む本当の理由を説明します。
地球の核と宇宙
もし地球からスライスを切り取ることが出来たら、4つのはっきりとした層が表われます。 地殻 は薄い外層で、オレンジ色の皮によく似ています。地殻は固く、固い岩でできています。私たちが歩くのは地球のこの部分です。その下には マントル と呼ばれる厚い層があります。それは溶けた岩の粘性層です。その下には 外核 があり、地球の真ん中には 内核 があります。これらは、溶融した岩石と金属の非常に高温の層です。
そして、あなたはまったく正しいです—地球の核は非常に非常に暑いです。鉄でできている内部コアは、約6,000°Cです。地殻のすぐ下にある上部マントルでさえ、平均温度は2,000℃です。これは、南アフリカの春のほとんどの日中の気温の100倍です。
しかし、地殻の上部の温度は、地球の中心の温度よりも太陽によってはるかに制御されています。この話題には後ほどすぐに戻ってきます。
それでは、宇宙の温度について話しましょう。
地球は大気に囲まれています。これは、私たちが吸い込んだり吐いたりするガスの層であり、熱の一部を吸収し、残りを反射することで気温をコントロールします。大気の向こうには、いわゆる「宇宙」があります。
地球の大気圏のすぐ外の宇宙空間の温度は約10.17℃です。宇宙空間は太陽によって直接加熱されます。太陽光の直下のエリアは120°Cくらい暖かいですが、地球によって日陰になっているエリアは-100°Cくらい寒いです。繰り返しますが、あなたの考える通りです。これは、地球の内核よりもはるかに涼しいです。
地球の核は非常に熱く、宇宙ははるかに涼しいのは正しいことです。しかし、それは熱気が上昇し、冷気が沈む理由ではありません。
熱力学
本当の理由にたどり着くために、熱力学と呼ばれる科学の分野に目を向けましょう。これは、熱とエネルギーを研究する物理学の一分野です。熱力学により、個々の気泡に何が起こっているのかを正確に理解することができます。私たちの周りの空気は、非常に密接に配置された何百万もの小さな気泡でできていることをご存知ですか？
空気の加熱は、伝導または対流を介して発生する可能性があります。これらの気泡に熱を伝達し、それらの間で共有します。太陽からの日射により、日中は地表が熱くなります。この入ってくる太陽放射( incoming solar radiation )は地球に吸収され、地球を暖めます。その後、長波放射( long wave radiation )として地球から放出され、地表の上の空気を加熱します。
次に、これらの気泡は動き回り、互いにぶつかり、熱を共有します。
地面がその上の気泡を加熱すると、その気泡が膨張します。靴の中で足が非常に熱くなったときに足が膨らむのと同じです。気泡が熱くなると、その気泡の重量がより広い領域に分散するため、密度が低くなります。
これらの気泡の密度が低くなると、隣の気泡よりも重量が軽くなるため、気泡が上昇します。これは、ヘリウム気球を手放すと浮き上がるのと同じです。気球内のヘリウムガスは、大気中の空気（大量のはるかに重い窒素で構成されている）よりも密度が低くなっています。
空気が冷えると、逆のことが起こります。気泡は収縮し、その重量ははるかに少ないスペースを占めるため、密度が高くなり、沈みます。これは、空気の粒子が熱源から離れる場合に発生する可能性があります。彼らは非常に高く上昇したか、涼しい湖や日陰の上の地域に移動したから冷えた可能性があります。
したがって、地球の核、宇宙の温度、および冷気と熱気の動きの間に関連性はありません。しかし、ある現象が別の現象にどのように影響するかに興味があるのなら、ネオは間違いなく科学者のように考えていますョ。いつかあなたも熱力学を勉強するでしょう！
この記事は、クリエイティブコモンズライセンス(CCL)の下で The Conversation から再発行されています。日本語訳はarchive4kids(Koichi Ikenoue)の文責で行われています。オリジナルの記事を読めます。original article.
