Pertama-tama, konsep yang harus diperjelas untuk memahami fenomena ini adalah perbedaan keadaan (tekanan) udara antara di dataran rendah dan di dataran tinggi. Singkatnya, udara yang makin dingin di dataran yang tinggi sebenarnya dipengaruhi oleh tekanan udara di tempat tersebut.
Nah, apa itu tekanan udara?
Udara melingkupi permukaan bumi kita hingga ketinggian sekitar 560 km. Kumpulan udara yang melingkupi bumi ini disebut juga atmosfer. Salah satu sifat udara adalah lentur, bagaikan karet yang bisa dimampatkan. Setiap lapisan udara akan menindih lapisan udara di bawahnya karena pengaruh gaya gravitasi bumi. Akibatnya, udara yang posisinya lebih rendah akan lebih mampat daripada udara yang posisinya lebih tinggi. Jika udara memampat, itu artinya kerapatannya membesar (tekanan udaranya tinggi). Istilah lain yang juga sering digunakan adalah tekanan. Jika udara memampat, tekanannya akan membesar.
Coba bayangkan jika kamu ditimpa oleh dua temanmu yang berbadan sama besar. Pikirkan, siapa yang merasa paling sakit dan menanggung berat paling besar? Pasti orang yang ada di dasar tumpukan bukan? Dan yang paling ringan bebannya adalah orang yang berada di paling atas.
Sama halnya dengan udara. Udara juga memiliki berat dan punya kecenderungan untuk menekan udara di bawahnya. Akibatnya lokasi yang lebih rendah memiliki kerapatan molekul udara yang lebih tinggi. Intinya, molekul udara di dataran rendah menjadi lebih padat, sedangkan di dataran tinggi jadi lebih renggang.
Jadi, udara di dataran rendah lebih mampat daripada udara di dataran tinggi. Lantas, apa yang terjadi jika udara semakin mampat? Jika udara semakin mampat, itu artinya jumlah partikel udara semakin banyak per satuan volumenya. Dengan demikian, jumlah partikel udara di dataran rendah lebih banyak daripada jumlah partikel udara di dataran tinggi.
Lalu apa hubungannya molekul udara dengan suhu yang dingin? Semua itu berkaitan dengan teori Gerak Brown (Browning Motion). Jadi ternyata molekul gas itu bergerak terus sepanjang waktu, menghasilkan energi kinetis (energi yang diperoleh karena gerakan). Dan seperti yang dijelaskan di atas, di dataran rendah molekulnya lebih padat daripada dataran tinggi.
Perumpamaannya, bayangkan sebuah ruangan dengan 10 orang yang terus bergerak. Pasti suatu saat menimbulkan tabrakan dan gesekan antar orang bukan? Nah, di hukum fisika, gesekan dan tabrakan akan menimbulkan panas. Sekarang apa yang terjadi bila dengan ruangan yang sama kita tambah menjadi 100 orang, lalu 1000 orang? Pasti semakin padat orang yang ada di ruangan tersebut, semakin banyak gesekan yang terjadi bukan? Begitu pula dengan molekul gas yang ada di sekitar kita.
Lalu bagaimana dengan matahari yang dekat dengan kita di dataran tinggi? Bukankah itu akan menyebabkan temperature udara meningkat? Atau suhu udara terasa lebih panas?
Ketika matahari menyinari bumi, itu artinya matahari memberi energi pada segala sesuatu yang ia sinari, termasuk partikel udara. Masing-masing partikel udara tersebut menerima energi sinar matahari yang (relatif) sama. Dengan demikian, semakin banyak partikel udaranya, semakin banyak pula energi sinar matahari yang terserap. Energi-energi yang terserap tersebut kemudian akan “bermetamorfosis” menjadi panas.
Sampai di sini, semuanya semakin jelas. Karena jumlah partikel udara di dataran tinggi lebih sedikit daripada jumlah partikel udara di dataran rendah, maka jumlah energi matahari yang terserap di dataran tinggi akan lebih sedikit, sehingga panas yang terbentuk tidak sebanyak panas di dataran rendah. Itulah sebabnya udara di dataran tinggi lebih dingin.
Jadi mari kita tarik kesimpulannya: Semakin tinggi sebuah wilayah, tekanan udara makin kecil, energi kinetis makin kecil, gesekan antar molekul udara makin berkurang dan suhu juga makin kecil.
Menurut gaya grafitasi bumi
Menurut hukum gravitasi Newton, besar gaya gravitasi bumi pada suatu tempat berbanding terbalik dengan kuadrat jarak antara pusat bumi dengan tempat itu. Jadi semakin jauh suatu tempat dari pusat bumi, semakin kecil gaya gravitasi bumi pada tempat tersebut. Dengan kata lain, semakin tinggi suatu tempat dari permukaan laut, semakin kecil gaya gravitasi bumi pada tempat itu. Jadi gaya gravitasi bumi pada tempat di dekat permukaan laut atau di dataran rendah lebih besar daripada gaya gravitasi bumi di dataran tinggi atau di puncak gunung.
Selain menarik buah jatuh menuju permukaan tanah, menarik manusia sehingga kita tetap berkeliaran di permukaan tanah 😉 , gaya gravitasi bumi juga menarik udara sehingga udara tetap berada di dekat permukaan bumi. Semakin besar gaya gravitasi bumi, semakin banyak udara yang ditarik, sebaliknya semakin kecil gaya gravitasi bumi, semakin sedikit udara yang ditarik. Gaya gravitasi bumi pada tempat di dekat permukaan laut lebih besar sehingga jumlah udara yang berada di dekat permukaan laut lebih banyak. Sebaliknya gaya gravitasi bumi di puncak gunung lebih kecil sehingga jumlah udara yang ada di puncak gunung lebih sedikit.
Udara terdiri dari molekul-molekul gas yang selalu bergerak dengan kecepatan tertentu. Setiap molekul gas yang bergerak mempunyai energi kinetik. Semakin banyak udara, semakin besar energi kinetik. Semakin cepat gerakan molekul udara, semakin besar energi kinetik. Jumlah udara di puncak gunung lebih sedikit sehingga energi kinetik udara lebih kecil. Sebaliknya jumlah udara pada tempat di dekat permukaan laut lebih banyak sehingga energi kinetik udara lebih besar.
Coba tumbukkan kedua tangan anda. Apa yang anda rasakan ? Tangan anda terasa hangat ketika terjadi tumbukan. Ketika tangan anda bergerak, tangan anda mempunyai energi kinetik. Besar atau kecilnya energi kinetik bergantung pada kecepatan gerak tangan anda dan massa tangan anda. Semakin cepat gerakan tangan anda sebelum kedua tangan anda bertumbukan, semakin hangat tangan anda akibat tumbukan. Jadi besar atau kecilnya energi kinetik menentukan panas atau dingin yang anda rasakan. Demikian juga dengan molekul-molekul gas atau udara. Molekul-molekul gas mempunyai massa dan ketika bergerak dengan kecepatan tertentu, molekul gas mempunyai energi kinetik. Besar atau kecilnya energi kinetik menentukan banyak atau sedikit panas yang dihasilkan ketika terjadi tumbukan antara molekul-molekul gas.
Udara di puncak gunung mempunyai energi kinetik lebih kecil sehingga panas yang dihasilkan ketika terjadi tumbukan antara molekul gas juga sedikit. Sebaliknya udara pada tempat di dekat permukaan laut mempunyai energi kinetik lebih besar sehingga panas yang dihasilkan ketika terjadi tumbukan antara molekul gas juga banyak. Selain itu, jika jumlah molekul gas sedikit maka peluang terjadinya tumbukan juga kecil. Jika jumlah molekul gas banyak maka peluang terjadi tumbukan lebih besar. Banyak atau sedikitnya jumlah tumbukan antara molekul juga menentukan banyak atau sedikit panas yang dihasilkan
