伊莉討論區

標題: 為什麼氮氣和氧氣不是溫室氣體呢﹖ [打印本頁]

作者: jiunn36 時間: 2021-6-12 12:44 AM 標題: 為什麼氮氣和氧氣不是溫室氣體呢﹖

本帖最後由 jiunn36 於 2021-6-12 12:45 AM 編輯

　　　　　[attach]135260279[/attach]
　　二氧化碳是一種紅外活性分子﹐它能吸收地球表面釋放的長紅外輻射。1856年夏季﹐科學家尤妮斯·福特試圖找出影響太陽光熱量的因素﹐她的實驗結論顯示﹐在陽光照射下﹐富含碳酸氣體(現在被稱為二氧化碳)的封閉環境比在普通空氣環境中升溫更快﹐當遠離陽光直射時﹐它的冷卻速度要慢很多。
　　尤妮斯在論文中指出﹐富含二氧化碳的大氣層會給地球帶來高溫﹐假設在地球歷史上的某個時期﹐空氣中混入二氧化碳的比例比現在更大﹐將出現高溫氣候… …。但由於該論文並未發表﹐該研究結論在當時並未引起太多關注﹐但現在伴隨著全球氣候趨暖﹐人們開始更加關注二氧化碳氣體效應﹐顯然當前正如尤妮斯在19世紀50年代所預測的那樣﹐人類正在面對一個不太愉快的高溫未來。
　　除非人類能在地下環境生活十幾年﹐否則你肯定知道二氧化碳是一種導致全球氣候轉暖的溫室氣體(雖然從技術上講﹐全球氣候轉暖是由於人類活動所導致的)﹐但是﹐當空氣中其他主要成分不是溫室氣體時﹐二氧化碳有什麼「資格」成為溫室氣體呢﹖讓我們來瞭解一下﹐二氧化碳氣體如何使蘇打水產生氣泡﹐以及如何導致冰川崩潰… …。
　　地球平均每天從太陽接收到大約10億焦耳的能量﹐賦予生命的陽光是紫外線﹑可見光和紅外線的混合物。在所有光線到達地球表面之前﹐我們的大氣層就像一個55000萬億噸的氣體毯漂浮在人類頭頂上﹐在臭氧層的幫助下過濾了99%的紫外線(不是100%﹐因此人們不要忘記塗防曬霜)。然後大氣層能讓可見光照射進來﹐照亮地球﹐最終紅外線能使地球變暖﹐使處於寒冷狀態中的生命獲得熱量。
　　照射地球表面的紅外線被不同物體吸收﹐然後以熱量的形式輻射出去﹐反射的熱量試圖從天空中被加熱區域轉移至較冷區域﹐這時它們面臨著熱量的「控制者」溫室氣體。像二氧化碳﹑水蒸汽﹑氮氧化物﹑甲烷和含氯氟烴等氣體﹐能夠阻止熱量完全逸入太空﹐如果沒有它們﹐地球將會是一個平均溫度低於零下18攝氏度的冰凍星球。
　　什麼因素使二氧化碳氣體成為溫室氣體﹖
　　在該情況下﹐當我們說紅外線或者紅外輻射時﹐通常指的是地球表面反射的紅外射線﹐而不是與太陽光線一起進入地球大氣層的紅外射線。空氣的主要成分﹐例如﹕氮氣和氧氣﹐對紅外輻射是「透明」的﹐這意味著這些氣體不與紅外輻射相互作用﹐然而﹐二氧化碳氣體具有紅外活性﹐它會與紅外輻射發生一些化學反應﹐從而阻止二氧化碳離開地球(雖然不是全部)。那麼這些分子干擾紅外射線的路徑時會發生什麼呢﹖為此﹐我們需要放大單個氣體分子。
　　即使在常溫常壓條件下﹐氣體分子也處於恆定振動狀態﹐當受到外部能量的衝擊時﹐這些運動會變得更加劇烈。現在人們可以想像一下二氧化碳分子的碳原子和氧原子是乒乓球﹐連接它們的鍵是彈簧。在正常情況下﹐這些化學鍵會以特定頻率彎曲和拉伸﹐並在大氣中懸浮。
　　當紅外輻射光子撞擊氣體分子時﹐氣體分子會吸收光子然後被激活﹐並開始以更快的速度振動﹐然而﹐該氣體分子不能保持長時間較快運動﹐必須放鬆恢復至原始狀態﹐它通過將能量釋放至空氣﹐或者轉移至附近的二氧化碳分子來實現。同樣的現象在數萬億個二氧化碳分子中一次次重複發生﹐能量的持續吸收﹑激活和再釋放是氣體分子捕獲熱量的根本原因。
　　　　　[attach]135260280[/attach]
　　在每個分子中﹐由於原子核和電子雲的相互作用﹐它們都擁有正負電荷﹐當二氧化碳﹑甲烷或者二氧化氮等雜核分子發生振動時﹐它們的電荷分佈會發生變化。有時它們是均勻分佈的﹐但有時不是。化學鍵之間電荷的不均勻分佈會產生電場﹐使它們對電磁輻射(例如﹕紅外輻射)非常敏感。
　　然而﹐在像氮氣和氧氣這樣的雜核氣體中﹐即使化學鍵被拉伸﹐電場也不會發生變化﹐因此﹐電磁輻射不受阻礙地通過它們﹐此外﹐當涉及到與輻射相互作用的頻率時﹐氣體分子是非常挑剔的。二氧化碳容易吸收較低能量的長波紅外輻射﹐而氮氣和氧氣僅吸收較高能量的輻射﹐例如﹕伽馬或者X射線。
　　二氧化碳是最危險的溫室氣體嗎﹖
　　單個含氯氟烴分子所產生的碳足跡相當於10000個二氧化碳分子﹐甲烷可以吸收30倍以上的熱量﹐而水蒸汽是空氣中所有溫室氣體中吸收熱量最強的。儘管水蒸汽比二氧化碳吸收熱量更多﹐但它們的濃度並沒有受到人類活動的顯著影響。二氧化碳就完全不一樣﹐因為它是人為活動的主要副產品﹐自上世紀70年代以來﹐二氧化碳排放量增大了90%﹐因此﹐雖然二氧化碳本身不是最危險的溫室氣體﹐但由於它向大氣中不受管制地過度排放﹐現已成為人們關注的焦點。
　　二氧化碳是維持地球具有生命適宜性的一個非常重要因素﹐它可以使水保持液態﹐使人類家園適宜居住﹐但由於過度排放造成的失衡﹐夏季氣溫逐年遞增﹐幸運的是﹐大自然以土壤﹑森林和海洋的形式為我們提供了巨大的碳沉積﹐我們至少能保護和修復地球﹐提供較好的生命適宜環境。

作者: conductor57 時間: 2021-6-13 08:56 AM

這篇文章講得很仔細，淺顯易懂。雖然溫室氣體不只一種，但是隨著人們經濟活動成長的是二氧化碳

歡迎光臨伊莉討論區 (http://host.wahas.com/)