新浪科技訊 北京時(shí)間6月11日消息，為什么二氧化碳被人們稱(chēng)為溫室氣體呢？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(cháng)紅外輻射。

1856年夏季，科學(xué)家尤妮斯·福特試圖找出影響太陽(yáng)光熱量的因素，她的實(shí)驗結論顯示，在陽(yáng)光照射下，富含碳酸氣體（現在被稱(chēng)為二氧化碳）的封閉環(huán)境比在普通空氣環(huán)境中升溫更快，當遠離陽(yáng)光直射時(shí)，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(huì )給地球帶來(lái)高溫，假設在地球歷史上的某個(gè)時(shí)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……。但由于該論文并未發(fā)表，該研究結論在當時(shí)并未引起太多關(guān)注，但現在伴隨著(zhù)全球氣候趨暖，人們開(kāi)始更加關(guān)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(lèi)正在面對一個(gè)不太愉快的高溫未來(lái)。

除非人類(lèi)能在地下環(huán)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(shù)上講，全球氣候轉暖是由于人類(lèi)活動(dòng)所導致的），但是，當空氣中其他主要成分不是溫室氣體時(shí)，二氧化碳有什么“資格”成為溫室氣體呢？讓我們來(lái)了解一下，二氧化碳氣體如何使蘇打水產(chǎn)生氣泡，以及如何導致冰川崩潰……

溫室氣體簡(jiǎn)史

地球平均每天從太陽(yáng)接收到大約10億焦耳的能量，賦予生命的陽(yáng)光是紫外線(xiàn)、可見(jiàn)光和紅外線(xiàn)的混合物。

在所有光線(xiàn)到達地球表面之前，我們的大氣層就像一個(gè)55000萬(wàn)億噸的氣體毯漂浮在人類(lèi)頭頂上，在臭氧層的幫助下過(guò)濾了99%的紫外線(xiàn)（不是100%，因此人們不要忘記涂防曬霜）。然后大氣層能讓可見(jiàn)光照射進(jìn)來(lái)，照亮地球，最終紅外線(xiàn)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(xiàn)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域轉移至較冷區域，這時(shí)它們面臨著(zhù)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(méi)有它們，地球將會(huì )是一個(gè)平均溫度低于零下18攝氏度的冰凍星球。

什么因素使二氧化碳氣體成為溫室氣體？

在該情況下，當我們說(shuō)紅外線(xiàn)或者紅外輻射時(shí)，通常指的是地球表面反射的紅外射線(xiàn)，而不是與太陽(yáng)光線(xiàn)一起進(jìn)入地球大氣層的紅外射線(xiàn)。

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(zhù)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(huì )與紅外輻射發(fā)生一些化學(xué)反應，從而阻止二氧化碳離開(kāi)地球（雖然不是全部）。那么這些分子干擾紅外射線(xiàn)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)，當受到外部能量的沖擊時(shí)，這些運動(dòng)會(huì )變得更加劇烈?，F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(kāi)始以更快的速度振動(dòng)，然而，該氣體分子不能保持長(cháng)時(shí)間較快運動(dòng)，必須放松恢復至原始狀態(tài)，它通過(guò)將能量釋放至空氣，或者轉移至附近的二氧化碳分子來(lái)實(shí)現。

同樣的現象在數萬(wàn)億個(gè)二氧化碳分子中一次次重復發(fā)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。

為什么氮氣和氧氣不是溫室氣體呢？

在每個(gè)分子中，由于原子核和電子云的相互作用，它們都擁有正負電荷，當二氧化碳、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(xué)鍵被拉伸，電場(chǎng)也不會(huì )發(fā)生變化，因此，電磁輻射不受阻礙地通過(guò)它們，此外，當涉及到與輻射相互作用的頻率時(shí)，氣體分子是非常挑剔的。二氧化碳容易吸收較低能量的長(cháng)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(xiàn)。

二氧化碳是最危險的溫室氣體嗎？

單個(gè)含氯氟烴分子所產(chǎn)生的碳足跡相當于10000個(gè)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。

盡管水蒸汽比二氧化碳吸收熱量更多，但它們的濃度并沒(méi)有受到人類(lèi)活動(dòng)的顯著(zhù)影響。二氧化碳就完全不一樣，因為它是人為活動(dòng)的主要副產(chǎn)品，自上世紀70年代以來(lái)，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，但由于它向大氣中不受管制地過(guò)度排放，現已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。

結論

二氧化碳是維持地球具有生命適宜性的一個(gè)非常重要因素，它可以使水保持液態(tài)，使人類(lèi)家園適宜居住，但由于過(guò)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(huán)境。