二氧化碳分子在溫室效應(yīng)中的作用

法國(guó) Angers 大學(xué)的 M.Chrysos 教授和俄羅斯圣彼得堡大學(xué)的同行們聯(lián)合研究了CO2分子在溫室效應(yīng)中的作用.他們發(fā)現(xiàn)CO2分子不僅作為單分子狀態(tài)吸收與散射能量，而且還在分子與分子碰撞期間吸收與散射能量.由太陽(yáng)發(fā)射的可見(jiàn)光入射到地球后，同時(shí)又以紅外輻射的方式從地球反射.這些紅外輻射被大氣吸收和保持就成為溫室效應(yīng)的熱量來(lái)源.雖然CO2分子在大氣中所占比例要比N2與O2分子少得多，但它吸收紅外輻射的能力卻并不小.N2與O2分子通常是不吸收紅外輻射的.在過(guò)去的研究中，只考慮CO2分子自身的吸收能力，它遵守的是量子力學(xué)規(guī)律.現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)，CO2分子之間或者它與其他分子之間在碰撞時(shí)也要吸收紅外輻射，并且遵守的是經(jīng)典物理的規(guī)律.

在認(rèn)識(shí)到分子碰撞時(shí)也能吸收能量這個(gè)事實(shí)，M.Chrysos 教授的研究組利用數(shù)學(xué)方程精確地計(jì)算了分子碰撞（其中包括CO2分子之間， CO2分子與N2分子和O2分子之間）時(shí)所吸收的能量.按經(jīng)典規(guī)律，分子間的碰撞率是與地面高度有關(guān)的，在高度為 600km處，碰撞率約為1次/min；而在海平面處，碰撞率則高達(dá)1010次/s.對(duì)吸收總能量的計(jì)算顯示，分子碰撞時(shí)所吸收的紅外輻射能量要比不考慮碰撞效應(yīng)時(shí)增加 10%.因此這必然會(huì)導(dǎo)致地球溫室效應(yīng)的加劇.

這個(gè)研究從3個(gè)方面幫助科學(xué)家們能更好地了解大氣的溫室效應(yīng):第一是讓我們能正確地知道被CO2分子所吸收的紅外輻射能量是如何利用碰撞過(guò)程轉(zhuǎn)移給其他分子的，其中有一半的能量是通過(guò)碰撞轉(zhuǎn)移為其他分子的平動(dòng)能，另一半是轉(zhuǎn)移為轉(zhuǎn)動(dòng)能并讓分子的轉(zhuǎn)速變快，這些效應(yīng)都提高了大氣分子整體的熱能；第二是顯示出了一些碰撞時(shí)的瞬態(tài)效應(yīng)，特別是三分子的碰撞，這種三分子碰撞在金星上是非常普遍的，因?yàn)榻鹦谴髿鈱又械闹饕煞质荂O2分子；第三是可以直接證明分子間在短程內(nèi)（幾個(gè)埃左右）是沒(méi)有能量交換作用的，所以CO2分子與其他分子間的相互交換能量是一個(gè)長(zhǎng)程過(guò)程，這一點(diǎn)是對(duì)主流觀點(diǎn)的修正.

（云中客摘自 Physical Review Letters,4 April 2008）