kun lentolohko nousee, se alkaa laajentua kohdatessaan vähemmän ilmanpainetta. Ilmiö on havaittavissa arjessa. Jos esimerkiksi otat pussillisen perunalastuja (joka on periaatteessa lentopaketti, jonka sisällä on roskaruokaa) korkeammalle, ilma pussin sisällä laajenee ympäröivän ilmanpaineen laskiessa. Alla olevassa klipissä näkyy sunchips-pussi, joka laajenee ajettaessa Pikes Peakiin Coloradossa (jossa ilmanpaine on ~50% alhaisempi kuin merenpinta).
tämänkaltainen laajeneminen on havaittavissa, vielä dramaattisemmin, jykevässä pallossa. Alla oleva aikapyörre näyttää nousevan sääpallon, joka lähentää lentolohkon käyttäytymistä ja laajenee ilmanpaineen laskiessa ~90 000 jalan nousun aikana. Ilmapallo laajenee yli 100-kertaiseksi alkuperäiseen tilavuuteensa,kunnes se lopulta sanoo ”ei enää” ja räjähtää!
lentolohkon nopea laajeneminen (kohdatessaan alempaa ilmanpainetta) saa sen jäähtymään merkittävästi — yleensä muutaman asteen tai enemmän 1000 jalkaa kohden. Esimerkiksi yllä oleva säähavaintopallo jäähtyi laajetessaan reilusti pakkasen puolelle.
tämä jäähtyminen johtuu siitä, että molekyylitasolla ilmalohko kuluttaa osan sisäisestä energiastaan laajentuessaan. Tavallaan tarvitaan energiaa siihen, että lentolohko ”puskee ulos” ympäristöön. Sisäenergian väheneminen vastaa lämpöenergian vähenemistä. Kun kaasun sisäenergia siis pienenee, myös sen lämpötila pienenee. (Jos olet kiinnostunut kaasujen yksityiskohtaisesta termodynaamisesta käyttäytymisestä ja niin sanotun ”adiabaattisen laajenemisen” luonteesta, voit oppia lisää täältä.)
hyvä kotitalousesimerkki laajennukseen liittyvästä jäähdytyksestä on ilman päästäminen ulos pyörän renkaasta. Mies nimeltä Ryan osoittaa tämän alla YouTubessa. Ryan päästää ilmaryntäyksen pyöränsä renkaasta; ilma luonnollisesti laajenee, kun se siirtyy korkean paineen alaisesta (renkaan sisällä) matalampaan paineeseen (renkaan ulkopuolella). Odotetusti ilma viilenee prosessissa paljon, ilmenee Celsius-lämpötilamittarista.
kääntöpuolena on, että kun lentolohko kohtaa suuremman ilmanpaineen, se tiivistyy ja lämpenee. Ryan ylhäältä julkaisi toisen videon, jossa näkyy, kuinka ilman lämpötila nousee, kun sitä puristetaan pyöränrenkaan täyttämiseksi.
vastaavasti luonnossa ilmalohko tiivistyy ja lämpenee, kun se siirtyy korkeammalta korkeudelta matalammalle. Ilmanpaineen nousu litistää lohkoa, jolloin siihen siirtyy sisäenergiaa ja sen lämpötila nousee. Siinä iso syy, miksi Pohjois — Amerikan alin kohta Death Valley on niin kuuma: jokainen ilmalohko, joka laskeutuu tuolle korkeudelle, kokee voimakasta puristusta ja lämpenemistä prosessissa.
toinen opettavainen esimerkki: miksi vuoristossa on kylmempää?
vuoret ovat kylmempiä kuin alemmat korkeudet samasta perussyystä kuin tason ulkopuolella: ilma on aina liikkeellä, ja kaikki ilmakehässä ylöspäin liikkuva ilma laajenee ja viilenee.
yksi suuri ero lentokoneiden ja vuorten välillä on se, että vuorella seisoessa ollaan maalla — eikä lennetä taivaalla. Maa voi olla varsin tehokas absorboimaan auringon energiaa ja siirtämään lämpöä läheiseen ilmaan. Tällaista lämpenemistä ei tapahdu vapaassa ilmakehässä, jossa lentokone lentää, koska ilma itsessään ei ime helposti auringonvaloa.
näin vuoren tai ylätasangon pinnan absorboima auringonvalo vaikuttaa paikallisten lämpötilojen nousuun. Mitä suurempi vuoren pinta-ala, sitä suurempi on lämmitysvaikutus. On kuitenkin olemassa syitä, miksi vuoret ovat edelleen yleisesti kylmempiä kuin maa alempana.
ensin ilma on aina liikkeellä: vaikka aurinko lämmittäisikin vuorijonoa huomattavasti, se saa osakseen kylmää ilmaa, joka puhaltaa sisään muista taivaan korkeuksista. Suuri osa tästä ilmasta tulee olemaan melko koleaa, koska auringon paistama pinta ei ole lämmittänyt sitä. Maapallolla onkin suhteellisen vähän korkeakorkoista pintaa, minkä vuoksi sillä on rajallinen kyky lämmittää korkeakorkoista ilmaa suuressa mittakaavassa.
toiseksi osa vuorille saapuvasta ilmasta on noussut alemmilta korkeuksilta, laajentunut ja jäähtynyt ilmanpaineen laskun vuoksi.