1856 nyarán Eunice Foot megpróbálta azonosítani azokat a tényezőket, amelyek befolyásolták a nap sugaraiból származó hőt. Kísérletei arra a következtetésre vezettek, hogy a szénsavgázban gazdag zárt környezet (ma szén-dioxid néven ismert) sokkal gyorsabban melegszik fel napfényben, mint a rendszeres levegővel. Azt is lehűlt sokkal lassabb, ha eltávolítják a közvetlen napfénytől.
Az újságban, amelyet még csak nem is engedett bemutatni, mert nő volt, azt írta: „ennek a gáznak a légköre magas hőmérsékletet adna a Földünknek, és ha egyesek úgy gondolják, a történelem egy időszakában a levegő nagyobb arányban keveredett, mint a jelen…”. Ez a megfigyelés akkoriban nem kapott sok figyelmet, de minden nap visszanéz ránk. Ez azért van, mert nyilvánvalóan a nem túl kellemes jövőben élünk, amelyet Eunice elképzelt.
Hacsak nem él egy szikla alatt több mint egy évtizede, tudod, hogy a szén-dioxid egy üvegházhatású gáz, amely felelős a globális felmelegedésért (bár technikailag „mi” vagyunk felelősek). De mi minősül üvegházhatású gáznak, míg a levegő többi fő összetevője nem? Nézzük meg, hogy a gáz, ami a szóda pop is teszi gleccserek plop! Az üvegházhatású gázok rövid története
Minden nap bolygónk kap egy quintillion joule energiát a kedvenc tüzes medál az égen. Az életet adó napfény az ultraibolya, látható és infravörös sugarak koktélja.
Mielőtt a sugarak elérnék a Föld felszínét, a légkörünk, egy 55 milliárd tonnás gáztakaró, amely a fejünk felett lebeg, kiszűri az UV sugarak ~99% – át az ózonréteg segítségével (nem 100%, ezért ne felejtsd el a fényvédőt). Ezután beengedi a látható sugarakat, amelyek megvilágítják a világunkat. Végül, de nem utolsósorban, az infravörös sugarak teszik a föld egy meleg, hangulatos zseb az élet a hatalmas hideg ürességet.
A Föld felszínét érő infravörös sugarakat különböző tárgyak szívják fel, és hő formájában sugározzák vissza. A visszavert hő megpróbálja elmozdulni a fűtött felületről az égbolt hidegebb régióira, amikor a hő—az üvegházhatású gázok-kapuival szembesülnek.
Bizonyos gázok, mint a szén-dioxid, a vízgőz, a nitrogén-oxidok, a metán és a klórfluor-szénhidrogén megakadályozzák a hő teljes kijutását az űrbe. Ha nem nekik, bolygónk fagyott jéggolyó lenne, amelynek átlagos hőmérséklete 18 fok fagypont alatt van! Mi teszi a szén-dioxidot üvegházhatású gázgá?
Ebben az összefüggésben, amikor infravörös vagy infravörös sugárzást mondunk, a Föld felszínén visszavert infravörös sugarakat értjük, nem pedig azokat, amelyek napfénnyel lépnek be.
A levegő fő összetevői, mint például a nitrogén és az oxigén, átlátszóak az infravörös sugárzással szemben, ami azt jelenti, hogy nem lépnek kölcsönhatásba ezekkel a sugarakkal. A szén-dioxid vagy a CO2-gáz azonban IR-aktív, ami azt jelenti, hogy valamilyen kémiai kölcsönhatáson megy keresztül az IR-sugárzással, amely megakadályozza, hogy elhagyja a bolygót (bár nem mindegyik). Tehát mi történik, ha ezek a molekulák zavarják az IR sugarak útját? Ehhez nagyítani kell az egyes gázmolekulákat.
A gázmolekulák állandó vibrációs állapotban vannak, még normál hőmérsékleti és nyomási körülmények között is. Ezek a mozgások intenzívebbé válnak, ha külső energiaforrás sújtja őket. Képzeljünk el egy CO2 molekulát, ahol a szén – és oxigénatomok pingponglabdák, és az őket összekötő kötések rugók. Normál körülmények között ezek a kötések bizonyos frekvencián hajlanak és nyúlnak, és a légkörben lógnak ki. Akkor … Bumm! Az IR-sugárzás fotonja eléri a gázmolekulát, amely felszívja a fotont, izgatott lesz, és gyorsabban vibrál. A gázmolekula azonban nem képes hosszú ideig tartani ezt a gyorsabb mozgást, és vissza kell térnie eredeti állapotába. Ellazítja az energiát a levegőbe történő kibocsátással vagy egy közeli CO2 molekulára történő átvitelével.
Ugyanez a jelenség zajlik újra meg újra a billió CO2 molekulák. Az energia folyamatos abszorpciója, gerjesztése és újbóli kibocsátása az, ami csapdába ejti a belső hőt. Miért nem nitrogén és oxigén üvegházhatású gázok?
Minden molekulában pozitív és negatív töltések vannak a mag és az elektronfelhők miatt. Amikor a heteroatomikus molekulák, például a szén-dioxid, a metán vagy a nitrogén-dioxid rezeg, a töltéseloszlás eltolódik. Néha egyenletesen oszlanak el, néha nem. A díjak egyenlőtlen eloszlása a kötések között olyan elektromos mezőt hoz létre, amely érzékenyvé teszi őket az elektromágneses sugárzásokra, mint például az IR.
Az olyan heteroatomikus gázok esetében, mint az N2 és O2, még akkor is, ha a kötések megnyúlnak, nincs változás az elektromos mezőben. Így az elektromágneses sugárzások akadálytalanul áthaladnak. Továbbá, a molekulák nagyon válogatósak, amikor a sugárzás frekvenciájával kölcsönhatásba lépnek. A CO2 könnyen elnyeli az alacsonyabb energiájú, hosszú hullámú infravörös sugárzást, de az N2 és O2 csak nagyobb energiájú sugárzásokat vesz fel, mint például a Gamma vagy a röntgen.
A CO2 a legveszélyesebb üvegházhatású gáz?
A klórozott-szénhidrogén egyetlen molekulája 10 000 CO2 molekulának megfelelő lábnyomot hozhat létre, a metán 30-szor több hőt képes felszívni, a vízgőz pedig a legerősebb a levegőben lévő üvegházhatású gázok között.
Annak ellenére, hogy ezek a gázok sokkal erősebbek, mint az üvegházhatású gázok, mint a CO2, koncentrációjukat nem befolyásolja drasztikusan az emberi tevékenység. Ugyanez nem mondható el a CO2-ről, mivel ez számos mesterséges tevékenység fő mellékterméke. 1970 óta 90% – kal nőtt a CO2-kibocsátás, így bár nem eredendően a legveszélyesebb üvegházhatású gáz, a légkörbe való túlzott és nagyrészt szabályozatlan kibocsátása miatt vált az aggodalom fókuszpontjává. A szén-dioxid nagyon fontos tényező a Goldilocks bolygó státuszának fenntartásában. Folyékonyan tartotta vizeinket és otthonunkat, de a nyarak évről évre egyre melegebbek lesznek a túlzott kibocsátás által bevezetett egyensúlyhiány miatt. Szerencsénkre a természet hatalmas szén-dioxid-süllyedéseket biztosított számunkra talaj, erdők és óceánok formájában. A legkevesebb, amit tehetünk, hogy megőrizzük és helyreállítsuk őket, és hagyjuk, hogy végezzék a munkájukat!