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二氧化碳是維持地球生命的重要化合物,它可以使水保持液態(tài),使人類家園適宜居住,但人類過度排放二氧化碳也引起了一系列生態(tài)問題。你知道二氧化碳為什么被稱作溫室氣體嗎?二氧化碳是最危險(xiǎn)的溫室氣體嗎?
1.溫室氣體溯源:
在所有光線到達(dá)地球表面之前,我們的大氣層就像一個(gè)55000萬億噸的氣體毯飄浮在人類頭頂上,在臭氧層的幫助下過濾了99%的紫外線。大氣層能讓可見光照射進(jìn)來,照亮地球,最終紅外線能使地球變暖,使處于寒冷狀態(tài)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,然后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(qū)域轉(zhuǎn)移至較冷區(qū)域,這時(shí)它們面臨著熱量的“控制者”——溫室氣體。
像二氧化碳、水蒸氣、氮氧化物、甲烷等氣體,能夠阻止熱量完全逸入太空,如果沒有它們,地球?qū)?huì)是一個(gè)平均溫度低于-18℃的冰凍星球。二氧化碳?xì)怏w具有吸熱和隔熱的功能,它在大氣中增多會(huì)形成一種類似于“無形的玻璃罩”(類似于“溫室”),使太陽(yáng)輻射到地球上的熱量無法向外層空間發(fā)散,其結(jié)果是地球表面變熱。
2.什么因素使二氧化碳成為溫室氣體
當(dāng)我們說紅外線或紅外輻射時(shí),通常指的是地球表面反射的紅外射線,而不是與太陽(yáng)光線一起進(jìn)入地球大氣層的紅外射線。
空氣的主要成分,例如氮?dú)夂脱鯕?,?duì)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?xì)怏w具有紅外活性,它會(huì)與紅外輻射發(fā)生一些化學(xué)反應(yīng),從而阻止二氧化碳離開地球。那么這些分子干擾紅外射線的路徑時(shí)會(huì)發(fā)生什么呢?為此,我們需要放大單個(gè)氣體分子。
即使在常溫常壓條件下,氣體分子也處于恒定振動(dòng)狀態(tài),當(dāng)受到外部能量的沖擊時(shí),這些運(yùn)動(dòng)會(huì)變得更加劇烈?,F(xiàn)在人們可以想象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(xué)鍵會(huì)以特定頻率彎曲和拉伸,并在大氣中懸浮。
當(dāng)紅外輻射光子撞擊氣體分子時(shí),氣體分子會(huì)吸收光子然后被激活,并開始以更快的速度振動(dòng),然而,該氣體分子不能保持長(zhǎng)時(shí)間較快運(yùn)動(dòng),必須放松恢復(fù)至原始狀態(tài),它通過將能量釋放至空氣,或者轉(zhuǎn)移至附近的二氧化碳分子來實(shí)現(xiàn)。
3.二氧化碳是最危險(xiǎn)的溫室氣體嗎
在每個(gè)分子中,由于原子核和電子云的相互作用,它們都擁有正負(fù)電荷,當(dāng)二氧化碳、甲烷或者二氧化氮等雜核分子發(fā)生振動(dòng)時(shí),它們的電荷分布會(huì)發(fā)生變化。有時(shí)它們是均勻分布的,但有時(shí)不是?;瘜W(xué)鍵之間電荷的不均勻分布會(huì)產(chǎn)生電場(chǎng),使它們對(duì)電磁輻射非常敏感。
單個(gè)含氯氟烴分子所產(chǎn)生的碳足跡相當(dāng)于1萬個(gè)二氧化碳分子,甲烷可以吸收30倍以上的熱量,而水蒸氣是空氣中所有溫室氣體中吸收熱量最強(qiáng)的。
因此盡管水蒸氣比二氧化碳吸收熱量更多,但它的濃度并沒有受到人類活動(dòng)的顯著影響。二氧化碳就完全不一樣,因?yàn)樗侨藶榛顒?dòng)的主要副產(chǎn)品,自上世紀(jì)70年代以來,二氧化碳排放量增大了0.9倍,因此,雖然二氧化碳本身不是最危險(xiǎn)的溫室氣體,但由于它向大氣中不受管制地過度排放,現(xiàn)已成為人們關(guān)注的一個(gè)重要焦點(diǎn)。
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