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(ti) （現在被稱為(wei) 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(hui) 給地球帶來高溫，假設在地球曆史上的某個(ge) 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(yu) 該論文並未發表，該研究結論在當時並未引起太多關(guan) 注，但現在伴隨著全球氣候趨暖，人們(men) 開始更加關(guan) 注二氧化碳氣體(ti) 效應，顯然當前正如尤妮斯在19世紀50年代所預測的那樣，人類正在麵對一個(ge) 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(ti) （雖然從(cong) 技術上講，全球氣候轉暖是由於(yu) 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(ti) 時，二氧化碳有什麽(me) “資格”成為(wei) 溫室氣體(ti) 呢？讓我們(men) 來了解一下，二氧化碳氣體(ti) 如何使蘇打水產(chan) 生氣泡，以及如何導致冰川崩潰……

　　溫室氣體(ti) 簡史

　　地球平均每天從(cong) 太陽接收到大約10億(yi) 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麵之前，我們(men) 的大氣層就像一個(ge) 55000萬(wan) 億(yi) 噸的氣體(ti) 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(men) 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(yu) 寒冷狀態中的生命獲得熱量。

　　照射地球表麵的紅外線被不同物體(ti) 吸收，然後以熱量的形式輻射出去，反射的熱量試圖從(cong) 天空中被加熱區域轉移至較冷區域，這時它們(men) 麵臨(lin) 著熱量的“控製者”——溫室氣體(ti) 。

　　像二氧化碳、水蒸汽、氮氧化物、甲烷和含氯氟烴等氣體(ti) ，能夠阻止熱量完全逸入太空，如果沒有它們(men) ，地球將會(hui) 是一個(ge) 平均溫度低於(yu) 零下18攝氏度的冰凍星球。

　　什麽(me) 因素使二氧化碳氣體(ti) 成為(wei) 溫室氣體(ti) ？

　　在該情況下，當我們(men) 說紅外線或者紅外輻射時，通常指的是地球表麵反射的紅外射線，而不是與(yu) 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(ti) 不與(yu) 紅外輻射相互作用，然而，二氧化碳氣體(ti) 具有紅外活性，它會(hui) 與(yu) 紅外輻射發生一些化學反應，從(cong) 而阻止二氧化碳離開地球（雖然不是全部）。那麽(me) 這些分子幹擾紅外射線的路徑時會(hui) 發生什麽(me) 呢？為(wei) 此，我們(men) 需要放大單個(ge) 氣體(ti) 分子。

　　即使在常溫常壓條件下，氣體(ti) 分子也處於(yu) 恒定振動狀態，當受到外部能量的衝(chong) 擊時，這些運動會(hui) 變得更加劇烈。現在人們(men) 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(men) 的鍵是彈簧。在正常情況下，這些化學鍵會(hui) 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(ti) 分子時，氣體(ti) 分子會(hui) 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(ti) 分子不能保持長時間較快運動，必須放鬆恢複至原始狀態，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(wan) 億(yi) 個(ge) 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(ti) 分子捕獲熱量的根本原因。

　　為(wei) 什麽(me) 氮氣和氧氣不是溫室氣體(ti) 呢？

　　在每個(ge) 分子中，由於(yu) 原子核和電子雲(yun) 的相互作用，它們(men) 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(men) 的電荷分布會(hui) 發生變化。有時它們(men) 是均勻分布的，但有時不是。化學鍵之間電荷的不均勻分布會(hui) 產(chan) 生電場，使它們(men) 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(ti) 中，即使化學鍵被拉伸，電場也不會(hui) 發生變化，因此，電磁輻射不受阻礙地通過它們(men) ，此外，當涉及到與(yu) 輻射相互作用的頻率時，氣體(ti) 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(jin) 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(ti) 嗎？

　　單個(ge) 含氯氟烴分子所產(chan) 生的碳足跡相當於(yu) 10000個(ge) 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(ti) 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(men) 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(wei) 它是人為(wei) 活動的主要副產(chan) 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(ti) ，但由於(yu) 它向大氣中不受管製地過度排放，現已成為(wei) 人們(men) 關(guan) 注的焦點。

　　結論

　　二氧化碳是維持地球具有生命適宜性的一個(ge) 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(yu) 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(wei) 我們(men) 提供了巨大的碳沉積，我們(men) 至少能保護和修複地球，提供較好的生命適宜環境。


關(guan) 注【深圳科普】微信公眾(zhong) 號，在對話框：
回複【最新活動】，了解近期科普活動
回複【科普行】，了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】，了解最新科普研學營
回複【科普課堂】，了解最新科普課堂
回複【科普書(shu) 籍】，了解最新科普書(shu) 籍
回複【團體(ti) 定製】，了解最新團體(ti) 定製活動
回複【科普基地】，了解深圳科普基地詳情
回複【觀鳥星空体育官网入口网站】，學習(xi) 觀鳥相關(guan) 科普星空体育官网入口网站
回複【博物學院】，了解更多博物學院活動詳情