Lämpö on aineen atomien tai molekyylien värähtelyä. Mitä enemmän värähtelee, sitä lämpimämpää on. Kylmä puolestaan jähmettää. Absoluuttisen nollapisteen lämpötilassa, jota on mahdoton saavuttaa, atomit olisivat täysin pysähtyneitä. Kelvin-asteikolla ilmaistuna lämpötila olisi silloin nollassa, ja Celsius-asteita – niitä meille selvästi tutumpia – olisi tällöin -273,15.
Lämpöä tuottaa vaikkapa kitka, kuten jokainen jotain pitkään hangannut kokemuksesta tietää. Hehkulamppu ja lieden keittolevy kuumenevat, koska sähkövirta kulkee niissä sähkövastuksen läpi. Nuotiolla on moni lämmitellyt, ehkä paistanut siinä sivussa makkaraakin. Palaminen on kemiallinen reaktio, joka niin ikään synnyttää lämpöä. Maa-planeettaa lämmittävät toisaalta sen yhä sula ydin, toisaalta erityisesti pintakerroksia ja ilmakehää aurinkokuntamme keskustähti, tuttavallisesti vain aurinko. Auringonsäteilyn epätasainen jakautuminen maapallolla laittaa oikeastaan liikkeelle koko ilmakehän virtausjärjestelmineen. Ilmakehä kuljettaa päiväntasaaja-alueiden saamaa lämpöenergiaa kohti napoja, jolloin talven kaamoksessakin voi siis olla suojasäätä, koska emme ole tässä täysin suoran auringonsäteilyn eli auringonpaisteen varassa. Aurinkohan ei kaamoksessa näyttäydy lainkaan.
Ilmakehän tapa kuljettaa lämpöä on sellainen, ettei päiväntasaajan lämpö oleellisessa mitassa suinkaan johdu tai säteile tänne meille, vaan lämmön kuljetustapa on varsin mielenkiintoinen. Lämpö nimittäin siirtyy ilmavirtausten mukana mutta varastoituneena ilman sisältämään vesihöyryyn. Tämä voi äkkipäätä kuulostaa hurjalta, mutta annas kun selitän. Vettä (H2O) esiintyy, kuten tunnettua, niin maapallolla kuin sen ilmakehässäkin kaikissa kolmessa olomuodossa: kiinteänä (jää), nestemäisenä (vesi) ja kaasuna (vesihöyry).
Näiden olomuotojen muuttuminen toiseksi ei tapahdu itsestään, vaan niihin joko tarvitaan lämpöä ympäristöstä (siirryttäessä kiinteästä olomuodosta kohti kaasumaista: jään sulaminen, veden haihtuminen tai keittäminen) tai sitten kyseinen prosessi vapauttaa lämpöä ympäristöönsä (mentäessä kaasumaisesta olomuodosta kohti kiinteää: vesihöyryn tiivistyminen vedeksi tai veden jäätyminen). Siis oikeasti: jotta vesi jäätyy, siitä on poistuttava lämpöä, ja johonkin senkin lämmön täytyy mennä.
Päiväntasaajalla haihtuminen on voimakasta niin valtameristä kuin kasvillisuudestakin. Haihtuminen sitoo ympäristön lämpöä vesihöyryksi ja viilentää haihduttavia pintoja. Ihan kuin kesällä heinäpellolla: kosteaan kankaaseen kiedottu vesipullo pysyy suhteellisesti viileänä, koska kankaasta haihtuva kosteus viilentää sitä. Vesihöyryä sisältävä ilma myös lämpenee auringon paistaessa ja alkaa kevyempänä kohota ylöspäin. Kun ilma kohoaa ylöspäin, se samalla jäähtyy, koska ilmanpaine laskee ylöspäin mentäessä.
Tietyllä korkeudella eli ilman saavutettua tietyn kosteussisällöstään riippuvan lämpötilan (ns. kastepistelämpötilansa) alkaa haihtumiselle vastakkainen olomuodonmuutos: tiivistyminen. Syntyy pilviä ja sateita. Mutta lämpöenergiaa on samalla tullut kuljetetuksi ilmakehässä ylöspäin. Alhaalla maanpinnalla sitä vastoin virtaa suhteessa viileämpää korvausilmaa kohti päiväntasaaja-aluetta (ns. pasaatituulet), joten ihan vain suoraan tuulen mukana ei lämpimin ilma matkaansa meille aloita.
Lämpötilan ilmaisemiseksi tarkoitettu Celsius-asteikko on sillä tavoin havainnollinen, että sen nollapiste on veden sulamispiste ja sen sata astetta puolestaan veden kiehumispiste. Luonnossa siis tapahtuu oikeasti asioita, kun vesi jäätyy ja sateetkin alkavat olla valkeaa lunta. Pakkanen merkitsee luonnossa paitsi kylmää, myös kuivaa olotilaa. Kaupungeissa ja maanteillä tähän tosin tarvitaan useita pakkasasteita, koska maanteille liukkaudenestotarkoituksessa levitettävä maantiesuola (mitä kaikkia kemiallisia yhdisteitä lienevätkään) alentaa veden jäätymispistettä. Tai sulamispistettä, ihan kummin päin vain.
USA:ssa on lämpötilan ilmoittamiseksi vielä voimissaan Fahrenheit-asteikko. Siinä vesi jäätyy 32 asteessa ja kiehuu 212 asteessa. Fahrenheitit saa Celsiuksiksi niin, että ensin vähentää Fahrenheit-lukemasta 32, minkä jälkeen jakaa tuloksen 1,8:lla.
Elohopea- tai spriipatsaan liike tietyssä lämpömittarityypissä lienee johtanut lämpötilan ”kohoamisen” (liike ylöspäin) ja ”laskemisen” (liike alaspäin) metaforiseen maailmaan.
Juuri nyt lämpöä riittää Suomessa sen verran, että kaikkien huulilla onkin ykskaks kylmyys ja kireä pakkanen. Kylmässä voi nyt hytistä. Onko sen ihanampaa nautintoa. Mutta jos ei liiemmin hytisytytä, kannattaa muistaa, että liikkumalla pysyy lämpimänä. Lyhyet matkat on (jos vain lumityöt on asiallisesti tehty) järkevintä kävellä siihen verrattuna, että jumiutuu bussipysäkille paleltumaan.
P.S. Kiitos kommentoijalle oikeasta nollapisteestä, lyöntivirhe näköjään löytää tiensä myös numeroihin.
Kuvan linkki: http://www.flickr.com/photos/wild_speedy/5283963900/sizes/z/in/photostream/
Absoluuttinen nollapiste on n. 273,15 °C, ei 275,15 °C
Eivätkös merivirratkin ole merkittäviä lämmönsäätelijöitä? Aurinko niihinkin tietysti vaikuttaa.
Toki, ja meret vuorovaikuttavat tässä ilmakehän kanssa. Valtameret merivirtoineen ovat mekitäviä, mutta myös esim. Itämeri lahtineen vaikuttaa lämpöoloihin, koska vesi kylmenee tai lämpenee aivan eri tahtia kuin ilma. Näissä planetaarisissa kuvauksissa pitäisi siis oikeastaan aina muistaa puhua valtameri-ilmakehä -systeemistä. Meri tietty kuljettaa lämpöä eri mekanismilla kuin ilmakehä: vesi varastoi lämpöä ja liikkuu sen jälkeen kohti napa-alueita etenkin siellä, missä merivirrat virtaavat sopivaan suuntaan. Meri siis myös viilentää siellä, missä on kylmiä merivirtoja. Ja sen jälkeen ratkaisee vielä, tuuleeko kylmältä mereltä mantereelle vai päi vastoin.