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可是,1个碳原子和1个氧分子结合在一起就得到1个二氧化碳分子,过程如下:
C+O2→CO2
而二氧化碳是一种温室气体。
决定地球温度或地球气候的因素是什么?从地心慢慢渗到地球表面的热量,与太阳照射到地面的能量相比,只能算是小巫见大巫。
的确,如果突然关掉太阳,使其不放出能量,地球的温度就会陡降,地球上的空气都会凝固,地表也会被一层由氮和氧组成的厚达10米的白雪覆盖。
我们知道有很多阳光照在地面上把它暖化,我们能不能计算一下,地球表面的温度应该是多少呢?这是一个很容易的计算。
这也是另一个用精确数字表达事实从而展现出科学的力与美的例子。
零下20摄氏度错了吗?
地球表面吸收的能量一定同它辐射回太空的能量相当,但我们通常都想不到地球会把能量辐射到太空去:当我们在夜晚搭乘飞机时,看向地面,我们看不到地面在暗中发光(除了城市中人为的灯光)。
这是因为我们能看见的是可见光,也就是我们眼睛对其反应最敏感的那种光。
如果我们能看到红光以外的光,看到所谓的热红外光的光谱区——其光波长是黄光的20倍——我们将看到一个发光的地球,发出冷冷的红外线,在非洲撒哈拉大沙漠发出的红外线将比南极洲放出的红外线要强,白天放出的又要比夜晚放出的强。
这不是地球反射回去的太阳光,而是这颗行星本身放出的红外线。
太阳射入的能量越多,地球辐射回去的能量也按比增加。
地球越热,它在黑暗中放出的红外线也越强。
把地球加热的能量多寡取决于太阳的强度和地球把多少太阳照射的能量射回到太空去(没有被射回去的光就被地面、云层、空气吸收了。
如果地球真的和镜面一样光滑,太阳光就无法把地球表面加热)。
被地球射回太空的光,大都在可见光范围。
因此,设定输入(地球吸收的阳光)等于输出(取决于地球的表面温度),你就得到了一个方程式。
两边配平,就能算出地球的平均温度了。
一点都不难,再简单不过了!如果你做了计算,结果是什么?
我们计算的结果是,地球表面的平均温度约为零下20摄氏度。
在此温度下,海洋应该是一大块的冰,我们每个人都应该冻得全身僵硬,地球不应该是生物可以生长的地方。
当然,事实不是这么一回事。
我们的计算错在哪里?我们算错了吗?
温室效应使地球变暖
我们并没有算错。
我们只是忽略了一些该考虑的东西,我们忽略了温室效应。
我们在做上述计算时,隐含的假设是地球没有大气。
虽然大气对可见光来说是透明的(美国丹佛及洛杉矶是例外[15]),可是,在热红外线的范围来看,就是地球能量辐射回太空的那个波段,地球的大气就没那么透明了。
这无异于推翻了所有的假设。
空气中的一些气体——二氧化碳、水汽、氮氧化物、甲烷(沼气)、氟氯碳化合物——对红外线的吸收特别强,虽然在可见光的光谱中它们十分透明。
但如果你把这类气体放在大气中,那么太阳光依然可以照入。
但是当地球表面以热红外线的光谱范围内的形式将能量辐射回太空时,这层像毛毯一样的气体会阻碍这些热红外线的辐射。
因此,大气在可见光范围内是完全透明的,而在红外线范围就变成半透明的。
于是,地球表面就会变得更暖一点,其吸收的太阳射入的能量和以红外线光辐射回太空的能量相等。
如果计算一下这些气体在红外线的不透明程度,和它们所吸收到的地球辐射回太空的红外线量,你就得到正确答案了。
答案就是地球的平均温度——把地表每一纬度、每一地区的温度,以及春夏秋冬四季昼夜的温度都平均起来——是13摄氏度。
这就是海洋不结冰,地球的气候如此宜人且适合我们人类生存的原因了。
我们的生命依赖大气中的少数组成部分,不可见气体之间的微妙平衡。
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