כנראה שמעתם
שפחמן דו חמצני מחמם את כדור הארץ,
אבל איך הוא עושה את זה?
האם זה כמו הזכוכית בחממה
או כמו שמיכה מבודדת?
ובכן, לא ממש.
התשובה מערבת מעט
מכאניקה קוואנטית, אבל אל תדאגו,
נתחיל בקשת.
אם אתם מביטים מקרוב באור שמש מפוזר
דרך מנסרה,
אתם תראו רווחים כהים היכן שרצועות של צבע חסרות.
לאן הן הלכו?
לפני שהם הגיעו לעיניים שלכם,
גזים שונים סופגים את
החלקים הספציפיים של הספקטרום.
לדוגמה, גז חמצן חטף
חלק מהצבע האדום הכהה,
ונתרן לקח שתי רצועות של צהוב.
אבל למה הגזים האלה קולטים
צבעים מסויימים של אור?
שם אנחנו נכנסים לממלכה הקוואנטית.
לכל אטום ומולקולה יש מספר קבוע
של רמות אנרגיה אפשריות לאלקטרונים שלהם.
כדי להעביר אלקטרון ממצב בסיסי
לרמה גבוהה יותר,
מולקולה צריכה להשיג כמות מסויימת של אנרגיה.
לא יותר, לא פחות.
היא מקבלת את האנרגיה הזו מאור,
שמגיע ביותר רמות אנרגיה משתוכלו לספור.
אור מכיל חלקיקים זעירים שנקראים פוטונים
והכמות של האנרגיה בכל פוטון
מתאימה לצבע שלו.
לאור אדום יש אנרגיה נמוכה יותר ואורכי גל ארוכים יותר,
לאור סגול יש אנרגיה גבוהה יותר ואורכי גל קצרים יותר.
אור שמש מציע את כל הפוטונים של הקשת,
אז מולקולות גז יכולות לבחור
את הפוטונים שנושאות את האנרגיה המדוייקת
שדרושה להסיט את המולקולה
לרמת האנרגיה הבאה שלה.
כשההתאמה הזו נעשית,
הפוטון נעלם כשהמולקולה
אוגרת אנרגיה,
ואנחנו מקבלים פער קטן בקשת שלנו.
אם פוטון נושא מעט או יותר מדי אנרגיה,
למולקולה אין ברירה
אלא לתת לו לעבור.
לכן זכוכית היא שקופה.
האטומים של הזכוכית לא מתאימים היטב
לשום סוג של רמת אנרגיה של אור נראה,
אז הפוטונים עוברים דרכה.
אז, איזה פוטונים פחמן דו חמצני מעדיף?
איפה הקו השחור בקשת שלנו
שמסביר את ההתחממות הגלובלית?
ובכן, הוא לא שם.
פחמן דו חמצני לא סופג קרני אור ישירות
מהשמש.
הוא סופג אור מגוף שמיימי
שונה לחלוטין.
אחד שלא נראה כאילו הוא פולט אור בכלל:
כדור הארץ.
אם תהיתם למה הפלנטה שלנו
לא נראית כזורחת,
זה בגלל שכדור הארץ לא פולט אור נראה.
הוא פולט אור אינפרא אדום.
האור שהעיניים שלנו יכולות לראות,
כולל כל הצבעים בקשת,
הוא חלק קטן של ספקטרום גדול יותר
של קרינה אלקטרומגנטית,
שכוללת גלי רדיו, גלי מיקרו,
גלי אינפא אדום, אולטרה סגול, קרני X,
וקרינת גמא.
זה אולי נראה מוזר לחשוב על הדברים האלה כאור,
אבל אין הבדל בסיסי
בין אור נראה וסוגים אחרים של קרינה אלקטרומגנטית.
זו אותה אנרגיה,
אבל ברמות גבוהות או נמוכות יותר.
למעשה, זה מעט יומרני להגדיר
את המושג אור נראה לפי המגבלות שלנו.
אחרי הכל, אור אינפרא אדום נראה לנחשים,
ואולטרה סגול נראה לציפורים.
אם העיניים שלנו היו מותאמות לראות אור
ב 1900 מגה הרץ, אז טלפון סלולרי
היה פנס,
ומגדל סלולרי
היה נראה כמו מנורה עצומה.
כדור הארץ פולט קרינה אינפרא אדומה
מפני שכל אובייקט עם טמפרטורה
מעל האפס המוחלט יפלוט אור.
זה נקרא קרינה טרמית.
ככל שאובייקט מתחמם,
תדירות הקרינה שלו גובהת.
כשאתם מחממים פיסת ברזל,
היא תפלוט יותר ויותר תדירויות של אור אינפרא אדום,
ואז, בחום של בערך 450 מעלות צלזיוס,
האור שלו יגיע לספקטרום הנראה.
ראשית, היא תראה אדומה.
ואז עם יותר חום,
הוא יזהר בלבן
עם כל התדירויות של אור נראה.
כך נורות מסורתיות
תוכננו לעבוד
ולכן הן כל כך בזבזניות.
95% מהאור שהן פולטות בלתי נראה לעיניים שלנו.
זה חום מבוזבז.
קרינת האינפרא אדום של כדור הארץ תברח לחלל
אם לא היו מולקולות גזי חממה
באטמוספירה שלנו.
ממש כמו שחמצן מעדיף פוטונים אדומים כהים,
פחמן דו חמצני וגזי חממה אחרים
מתאימים לפוטונים אינפרא אדומים.
הם מספקים את הכמות המתאימה של אנרגיה
כדי להסיט את מולקולות הגז לרמות הגבוהות יותר של האנרגיה.
מעט אחרי שמולקולת הפחמן הדו חמצני
סופגת פוטון אינפרא אדום,
היא תחזור חזרה לרמה הנמוכה יותר של האנרגיה,
ותפלוט פוטון חזרה לכיוון אקראי.
חלק מהאנרגיה הזו תחזור
לפני כדור הארץ,
ותגרום להתחממות.
ככל שיותר פחמן דו חמצני יהיה באטמוספירה,
זה יותר סביר שהפוטונים האינפרא אדומים
יחזרו לכדור הארץ
וישנו את האקלים.