Mikä on kasvihuoneilmiö

Kun kasvihuonekaasu esim. CO2 absorboi infrapunasäteen, se ei vielä ole kasvihuoneilmiö. CO2:lla on tässä vaiheessa ainakin kaksi vaihtoehtoa, luovuttaa (emittoida) infrapunasäde eteenpäin, jolloin ei tapahdu termisen energian luovuttamista. Tai CO2 voi siirtää infrapunasäteen törmäämällä toiseen ympärillä olevaan kaasumolekyyliin, esim. O2:een, jolloin O2 lämpenee infrapunasäteen värähtelyenergian vaikutuksesta. Tämä on kasvihuoneilmiö.

First of all, solids do not have translational kinetic energy. That is why they are solids. The only thermal energy that a solid has is vibrational energy. Infrared light has just the right energy to interact with vibrational energy and so when a solid absorbs infrared light, it causes the solid to go to higher vibrational states which heats the solid. Gases also absorb infrared light, but there are some strict rules from quantum mechanics. First, gases have to be able to vibrate, i.e., they have to be molecular. Any monatomic gas like helium is not IR active. Second, when they vibrate there has to be an oscillating electrical charge distribution (we call it a dipole moment), so that a coupling will occur between the oscillating charge and the electric field component of IR light. So gases like O2 and N2 vibrate, but there is no change in charge distribution when they do. They are not IR active. They do absorb heat, but only through molecular collisions. CO2, on the hand, has vibrational modes that are IR active, so when a CO2 molecule absorbs IR light, the molecule is excited to higher vibrational states. Now, here’s the tricky part. The molecule has at least two choices. It could simply de-activate sending the IR photon out (emission). If it does that, there is no thermal consequence. Or, it can collide with gas molecules around it and transfer the vibrational energy to, say, O2 or N2 around them as translational KE, causing them to warm. Of course, this is the greenhouse gas effect. Note that in the greenhouse gas effect it is mainly the air around the CO2 that warms. The CO2 will warm, but at 0.04%, they do not contribute much to the warming.”

Reference https://www.physicsforums.com/threads/what-happens-when-a-co2-molecule-absorbs-an-infra-red-photon.374997/

Ensinnäkin kiinteillä aineilla ei ole translaatiokineettistä energiaa. Siksi ne ovat kiinteitä aineita. Ainoa lämpöenergia, joka kiinteällä aineella on, on värähtelyenergia. Infrapunavalolla on juuri oikea energia vuorovaikutuksessa värähtelevän energian kanssa, joten kun kiinteä aine absorboi infrapunavaloa, se aiheuttaa kiinteän aineen siirtyvän korkeampiin värähtelytiloihin, joka lämmittää kiinteää ainetta. Kaasut absorboivat myös infrapunavaloa, mutta kvanttimekaniikasta on tiukat säännöt. Ensinnäkin kaasujen on kyettävä värisemään, ts. Niiden on oltava molekyylisiä. Mikään monatominen kaasu, kuten helium, ei ole IR-aktiivinen. Toiseksi, kun ne värisevät, siellä on oltava värähtelevän sähkövarauksen jakauma (kutsumme sitä dipolimomentiksi), niin että värähtelyn varauksen ja IR-valon sähkökenttäkomponentin välillä tapahtuu kytkentä. Joten O2:n ja N2:n kaltaiset kaasut värähtelevät, mutta varauksen jakautumisessa ei muutu. Ne eivät ole IR-aktiivisia. Ne imevät lämpöä, mutta vain molekyylien törmäysten kautta. Toisaalta CO2:lla on värähtelymoodit, jotka ovat IR-aktiivisia, joten kun CO2-molekyyli absorboi IR-valoa, molekyyli kiihtyy korkeampiin värähtelytiloihin. Nyt tässä on hankala osa. Molekyylillä on ainakin kaksi vaihtoehtoa. Se voisi vain poistaa IR-fotonin lähettämisen (emissiot) käytöstä. Jos se tekee niin, ei ole lämpövaikutuksia. Tai se voi törmätä ympäröivien kaasumolekyylien kanssa ja siirtää värähtelyenergian esimerkiksi niiden ympärillä olevaan O2:een tai N2:een translaation KE:na, aiheuttaen niiden lämpenemisen. Tietenkin, tämä on kasvihuonekaasuvaikutus. Huomaa, että kasvihuonekaasuvaikutuksessa lämpenee pääasiassa ilma hiilidioksidin ympärillä. CO2 lämpenee, mutta 0,04%:n pitoisuudella ne eivät vaikuta paljon lämmitykseen.”

Ilmoita asiaton viesti

Kiitos!

Ilmoitus asiattomasta sisällöstä on vastaanotettu