为什么温室气体会吸收能量? Why greenhouse gases absorb energy?

2022-09-16 21:56 作者:第一性原理 0人读过 | 我要投稿

紫外线(Ultraviolet)和长波长红外辐射(long-wavelength infrared radiations)被大气层所吸收。

电磁波谱中的紫外线区域(ultraviolet region)的光子是有能量的，并且有足够的能量来打破气体分子内的键(bonds)。这导致了大气中离子物质( ionic materials)的产生。一个很好的例子是，当氧分子被紫外线光子分开时，形成的氧原子发生反应，导致臭氧(ozone )的产生。

红外线光子的能量比紫外线光子的能量小得多，不足以使分子分裂。当光子的频率与温室气体分子的振动状态相匹配时，就会发生一种叫做共振(resonance)的效应。我们将详细研究二氧化碳的振动状态和共振，但类似的效应也会在所有温室气体分子中发生。

在一个二氧化碳分子中，两端的氧原子通过双键(double bonds)以线性排列(linear arrangement)连接到碳上。这些键的行为类似于弹簧。

如图12所示，该分子有四个振动模式。其中第一个模式--线性对称拉伸(linear symmetric stretching)不会引起红外吸收，但其余三个运动会。每一种都有一个特征频率(characteristic frequency)。如果辐射的频率与此相符，那么分子将被刺激以适当的模式进行振动，而振动能量将来自入射辐射(incident radiation)。这导致了波长为2.7微米、4.3微米和15微米的振动吸收(vibrational absorption)。