为什么二氧化碳会成为地球的温室气体(二氧化碳是最危险的温室气体吗)

说到二氧化碳,我们并不陌生。当我们呼吸时,我们吸入氧气,呼出二氧化碳,二氧化碳是一种红外活性分子,可以吸收地球表面释放的长红外辐射。但为什么二氧化碳现在会成为地球的温室气体呢?
1856科学家尤妮斯在夏天·福特试图找出影响阳光和热量的因素。她的实验结论表明,在阳光下,富含碳酸气体(现在称为二氧化碳)的封闭环境比在普通空气环境中加热更快。当远离阳光直射时,它的冷却速度要慢得多。
尤妮斯在论文中指出,富含二氧化碳的大气层会给地球带来高温,假设在地球历史上的某个时期,空气中混入二氧化碳的比例比现在更大,将出现高温气候……。然而,由于论文尚未发表,研究结论当时并没有引起太多关注,但随着全球气候变暖,人们开始更加关注二氧化碳气体效应。显然,正如尤妮斯在20世纪50年代所预测的,人类正面临着一个不愉快的高温未来。
除非人类能在地下环境中生活十多年,否则你必须知道二氧化碳是一种导致全球气候变暖的温室气体(虽然从技术上讲,全球气候变暖是由人类活动引起的),但当空气中的其他主要成分不是温室气体时,二氧化碳有什么资格成为温室气体?让我们了解二氧化碳气体如何使苏打水产生气泡,以及如何导致冰川崩溃……
温室气体简史
地球平均每天从太阳中获得大约10亿焦耳的能量,生命的阳光是紫外线、可见光和红外线的混合物。
在所有光线到达地球表面之前,我们的大气层就像一条5.5万亿吨.5万亿吨气毯,在臭氧层的帮助下过滤99%的紫外线(不是100%,所以别忘了涂防晒霜)。然后大气层可以让可见光照进来,照亮地球,最后红外线可以温暖地球,让生命在寒冷状态下获得热量。
照射地球表面的红外线被不同物体吸收,然后以热量的形式辐射出去,反射的热量试图从天空中被加热区域转移至较冷区域,这时它们面临着热量的“控制者”——温室气体。
二氧化碳、水蒸气、氮氧化物、甲烷和氯氟烃等气体可以防止热量完全逸入太空。没有它们,地球将是一个平均温度低于零下18摄氏度的冻结星球。
二氧化碳气体成为温室气体的因素是什么?
在这种情况下,当我们谈论红外线或红外辐射时,它通常是指地球表面反射的红外线,而不是与阳光一起进入地球大气层的红外线。
空气的主要成分,如氮气和氧气,对红外辐射是透明的
即使在室温和压力下,气体分子也处于恒定振动状态,当受到外部能量的影响时,这些运动也会变得更加剧烈。现在人们可以想象二氧化碳分子的碳原子和氧原子是乒乓球,连接它们的键是弹簧。通常,这些化学键以特定的频率弯曲和拉伸,并悬浮在大气中。
当红外辐射光子撞击气体分子时,气体分子会吸收光子并被激活,并开始以更快的速度振动。然而,气体分子不能长时间保持快速运动,必须通过释放能量到空气或转移到附近的二氧化碳分子来放松近的二氧化碳分子来实现。
同样的现象在数万亿二氧化碳分子中反复发生,气体分子捕获热量的根本原因是能量的持续吸收、激活和再释放。
为什么氮气和氧气不是温室气体?
在每个分子中,由于原子核和电子云的相互作用,它们都有正负电荷。当二氧化碳、甲烷或二氧化氮等杂核分子振动时,它们的电荷分布会发生变化。有时它们分布均匀,但有时不是。化学键之间电荷的不均匀分布会产生电场,使其对电磁辐射(如红外辐射)非常敏感。
然而,在氮气和氧气等杂核气体中,即使化学键被拉伸,电场也不会改变。因此,电磁辐射不受阻碍地通过它们。此外,当涉及到与辐射相互作用的频率时,气体分子非常挑剔。二氧化碳容易吸收低能量的长波红外辐射,而氮气和氧气只吸收高能量辐射,如伽马或X射线。
二氧化碳是最危险的温室气体吗?
单个氯氟烃分子产生的碳足迹相当于1万个二氧化碳分子。甲烷能吸收30倍以上的热量,而水蒸气是空气中所有温室气体中吸收热量最强的。
虽然水蒸气比二氧化碳吸收更多的热量,但它们的浓度并没有受到人类活动的显著影响。二氧化碳完全不同,因为它是人工活动的主要副产品。自20世纪70年代以来,二氧化碳排放量增加了90%。因此,虽然二氧化碳本身不是最危险的温室气体,但它已成为人们关注的焦点,因为它过度排放到大气中。
结论
二氧化碳是维持地球生命适宜性的一个非常重要的因素,它可以使水保持液体,使人类家适合居住,但由于过度排放不平衡,夏季平衡,夏季气温逐年上升。幸运的是,大自然以土壤、森林和海洋的形式为我们提供了巨大的碳沉积。我们至少可以保护和修复地球,提供更好的生命环境。
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