太陽に近いのに山頂の気温が低いのはなぜ？子どもに聞かれたらどう答える？

【クイズ】-41.0℃という日本の最低気温を記録したところはどこ？

(1)岩手県
(2)静岡県
(3)北海道

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●太陽に近いのに山頂の気温が低いのはなぜ？

　タイトルを見て、おもしろい質問だなと思ってブックマークしていた山の上は太陽に近いのにどうして寒いの｜科学なぜなぜ110番｜学研サイエンスキッズ。子どもに聞かれたらどう答えるだろう？とちょっと戸惑いました。

　とりあえず、太陽はあまり関係ないでしょう。地球と太陽との距離を考えると、山頂と山のふもとの差は誤差範囲です。このページでもそういった説明でした。

日本で一番高い富士山の頂上（ちょうじょう）でも、高さは３７７６ｍで、いくら太陽に近いといっても、たった４ｋｍくらい近いだけなのです。地球と太陽の距離（きょり）は、およそ１億５千万ｋｍもありますから、そんなに遠くにある太陽に、たった４km近づいたとしてもあまり近づいたとはいえないでしょう。つまり、山の上が寒いのは、太陽から、遠い、近いということとはまったく関係がないのです。

　今回の話を書いていて、太陽と地球との距離は日本の夏あたりに一番遠くなるという話も思い出したので、地球と太陽の距離は夏に最も遠く冬に近い なのになぜ夏は暑いのかとして、先に投稿しまいた。これもまた距離は問題じゃないよという話です。


●熱を吸収しやすいものがあるかどうか？

　さて、私が答えとして想像していたのは、熱を吸収しやすいものがあるかどうか？というものでした。

　確か小学校2年生のときに習った気がしますが、日中日差しを浴びると空気の温度＝気温よりも先に地面の温度が上がります。地面が温まってから、気温が上がってくるという風に少し温まる時間がずれているのです。

　これは空気が太陽光を浴びてもなかなか温まらないのに対して、地面などが熱を吸収しやすいためです。空気はその地面などから間接的に温めてもらう分が大きいため、温まる時間が遅れます。

　極端な話、山の上よりさらに上の空はさらに寒いですよね。空には熱を吸収しやすいものが何もありません。

　山の場合は空よりはマシですが、やはり熱を吸収しやすいものが少ないためかな？とパッと思いました。ただ、説明を読んでみると、私が予想したこの説明は二つ目の理由に近いものでした。

地球は太陽から熱を受けています。しかし、太陽の熱は、直接、地球の空気をあたためているわけではありません。一度、地面をあたためて、その照り返しの熱で空気をあたためるというしくみになっているのです。つまり、大気は、地面に近い下の方から、あたたまるというわけです。

(中略)空気は下の方からあたたまってきますから、山の上は、どちらにしても寒いということになるのです。

●気温低下の一番の理由は「圧力」

　じゃあ、一番大きい問題は？と、圧力の問題でした。

大気は、上空に行けば行くほど空気の量が少なくなり、うすくなります。そして、圧力（あつりょく）も低くなるのです。
空気には、圧力が低くなると温度が下がるという性質がありますから、上空ほど、圧力が下がり、気温も下がってしまうというわけです。

　あっ、やべっ、これ、ボイル・シャルルの法則か…。習っているんで、わからないといけなかったですね。

ボイル＝シャルルの法則 - Wikipedia

ボイル＝シャルルの法則（ボイルシャルルのほうそく、英: combined gas law）は、理想気体の体積と圧力、温度に関係する法則[1]。(中略)

一言でいえば、
気体の圧力P は体積V に反比例し絶対温度T に比例する[1]

　別サイトを探すと、やはりボイル・シャルルの法則と温める順番で説明されていました。

「一雨一度」と「標高高いと気温下がる理由」！｜東海テレビ ｜　ジョージの天気上々！

標高が高いとなぜ気温下がるのか。太陽光の可視光線は空気をすり抜けて地面を直接暖めます。暖められた地面が今度は空気を暖めるので、下層ほど高温、上層ほど低温となります。

でも、山にも地面はあります。確かに同高度なら山の地面上の空気の方が気温は高くなりますが、気圧も重要な要素なのです。気圧は地面で高く、山の上で低くなります。山の売店にあるポテトチップスの袋が膨らんでいるのを見たことがありますか。気圧が低いと空気が膨張するのです。膨張することにエネルギーが使われて、その代り気温を上げることには使えず、結果気温が下がるのです。ボイル・シャルルの法則です。

平均的には高度1000m毎に6.5℃気温低下します。

●富士山頂より寒い北海道

　気温で言うと、日本の最高気温・最低気温ランキング どちらも1位は41度、熊谷市は最高気温2位にをやったなと思ってクイズに。

　読んでみたら、この投稿も学研サイエンスキッズが元ネタでしたわ。


【クイズ】-41.0℃という日本の最低気温を記録したところはどこ？

(1)岩手県
(2)静岡県
(3)北海道

【答え】(3)北海道


　富士山も-38.0℃という記録があるんですが、他の上位は普通に北海道ばかり。今日のテーマが山頂だったので、ひっかけ問題みたくなりましたね。

　というか、今日の話の後だと、富士山頂より寒い北海道ってどんだけ寒いの！？という気持ちにもなってきます。えらいところですね。(まあ、私はその北海道出身なんですけど)


【本文中でリンクした投稿】
　　■地球と太陽の距離は夏に最も遠く冬に近い なのになぜ夏は暑いのか
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