Воздух прозрачен и практически не нагревается солнечными лучами. Тепло он получает от поверхности Земли. Нагретый воздух поднимается вверх и при этом расширяется из-за снижения давления, что приводит к охлаждению (адиабатический процесс). Это первая причина понижения температуры с высотой.
Вторая -- это наличие в воздухе водяного пара и углекислого газа, обладающих значительным поглощением в ИК области спектра (и большей излучательной способностью). Плотность их снижается с высотой (особенно водяного пара -- так как он конденсируется при снижении температуры), а значит, воздух "вверх" более прозрачен для инфракрасного излучения, чем "вниз". Тепловое излучение от поверхности Земли (или нижележащего слоя воздуха) полностью поглощается относительно тонким (несколько метров) слоем воздуха. А вот сверху -- атмосфера прозрачная. И тем более прозрачная, чем выше мы находимся. А значит, тепловое излучение рассматриваемого слоя воздуха уходит вверх беспрепятственно, охлаждая его, и это охлаждение не компенсируется излучением сверху, которое слабее. Из-за снижения роли этого механизма по причине почти полного исчезновения водяного пара (главного ИК поглотителя-излучате<wbr />ля в воздухе) на высотах больше 12 км, начиная с этой высоты резко падает градиент температуры и прекращается конвекционное перемешивание атмосферы -- мы оказываемся в стратосфере.
На больших высотах, однако, температура начинает расти. Причиной этого является то, что в эти слои заходит та часть солнечного излучения, что поглощается в атмосфере. Это жесткий ультрафиолет. На высотах около 30 км поглощение УФ излучения атмосферным озоном разогревает воздух с -60°С до нулевой отметки. Далее с ростом высоты и снижением плотности, а значит и поглощающей способности, температура снова падает (вплоть до -100°С) до тех пор, пока мы не оказываемся в зоне, куда доходит излучение, способное разорвать молекулу кислорода на два отдельных атома. Этот процесс также сопровождается интенсивным поглощением света, а рекомбинация атомов в молекулы -- выделением тепла, и воздух (если можно так назвать среду, миллионократно менее плотную, чем вакуум в радиолампе) снова разогревается, на этот раз до чудовищных температур в полторы тысячи градусов.
Дело в том,что непосредственно на полюсах ветер не имеет какой-либо силы, а вот в приполярных широтах,конечно,скорость его выражена значительно.В южном полушарии, в Антарктиде,действуют стоковые ветры из-за значительной разницы в давлении и куполообразной формы материка.Сильнейший ветер буквально скатывается к побережью. Стоковые ветры, конечно, менее выраженные, есть и в Арктике.Кроме того, южные окраины океанов в приполярных областях находятся на месте действующих арктических и антарктических фронтов, которые смещаются по сезонам года к северу и к югу.Фронтальное положение областей связно с циклональной деятельностью а циклоны несут с собой ветры,осадки. На экваторе тоже образуются постоянные ветры, пассаты,северо-восточные в южном полушарии и юго-восточные в южном и тоже смещаются по сезонам. Так что прямого вывода о какой-либо разнице в силе ветра непосредственно на полюсах и экваторе сделать нельзя-её просто нет.
Бриз - это переменчивый ветер вдоль побережья, который ночью дует от суши в море, а днем - наоборот.
Причиной смены направления бриза является разница в нагреве суши и водных масс. Поскольку вода обладает высокой теплоемкостью, она медленнее отдает тепло в сравнении с сушей, в результате чего после захода солнца суша становится более холодной. Воздух, находящийся над водой, продолжает нагреваться и движется вверх, в результате чего над водой устанавливается разрежение и атмосферное давление снижается. На сушей же давление наоборот высокое, поскольку воздух не так прогрет и не перемещается вверх. В результате этого, для постоянного уравновешивания давления, воздушные массы начинают смещаться от суши к воде. Поэтому вечером и ночью бриз дует от суши в море.
Утром, после восхода солнца, суша нагревается очень быстро, а нагрев воды из-за высокой теплоемкости происходит очень медленно. Возникает обратная ситуация - прогретый воздух над сушей начинает уходить вверх, а холодный воздух начинает перемещаться от воды к суше.
В средние века моряки уже знали об этих особенностях, поэтому все морские походы начинались именно вечером, чтобы иметь время отдалиться от берега.
Насыпная плотность природного песка где-то 1300-1500 кг/м3, при этом, пористость песков в рыхлом состоянии составляет около 47 %. Таким образом имеем 1 кг/ 1,4=0,71 литра в том числе 0,49 литра песчаной породы и 0,22 литра воздуха
Ответ на уточненный вопрос: Что будет, если проложить железную дорогу напрямую, через земную кору, от Москвы до Санкт-Петербурга?
Ответ уже рассматривался Перельманом в книге "Занимательная физика". Поскольку в начале пути поезд будет двигаться к гравитационному центру планеты, то половину пути он будет ускоряться, а половину пути тормозится. Но эффекты трения и сопротивления воздуха не дадут добраться поезду до другого конца тоннеля без затрат энергии. Но можно значительно сэкономить топливо, особенно если поезд будет на магнитной подвеске. Проблема только осложняется значительным нагревом тоннеля в самой нижней точке и технической сложностью прокладки такого длинного тоннеля.
В википедии есть статья о данном виде транспорта.
