Probabil ai auzit
că dioxidul de carbon încălzește Pământul,
dar cum funcționează?
E ca geamul unei sere
sau ca o pătură izolatoare?
Ei bine, nu în totalitate.
Răspunsul implică puțină
mecanică cuantică, dar nu îți face griji,
vom începe cu un curcubeu.
Dacă te uiți cu atenție la lumina ce trece
printr-o prismă
vei vedea zone negre în care benzile colorate lipsesc.
Unde s-au dus?
Până să ajungă la noi,
diferite gaze au absorbit acele
părți specifice din spectru.
De exemplu, oxigenul a luat
puțin din lumina roșie,
iar sodiul s-a extins pe două benzi de galben.
Dar de ce aceste gaze absorb
culori specifice ale luminii?
Aici intrăm pe tărâmul mecanicii cuantice.
Fiecare atom sau moleculă are un număr
de nivele de energie posibile pentru electronii săi
Pentru a trece electronii de pe nivelul fundamental
pe unul superior,
o moleculă trebuie să câștige o anumită cantitate de energie.
Nici mai mult, nici mai puțin.
Își ia acea energie de la lumină,
ce poate să aibă nenumărate nivele de energie.
Lumina constă în particule mici numite fotoni,
iar energia fiecărui foton
corespunde culorii sale.
Lumina roșie are energie mai mică și lungime de undă mai mare.
Lumina violet are energie mai mare și lungime de undă mai mică.
Lumina solară oferă toți fotonii curcubeului,
deci o moleculă de gaz poate alege
fotonii care poartă acea cantitate de energie
necesară pentru a trece molecula
pe nivelul de energie superior.
Când potrivirea are loc
fotonul dispare, în timp ce molecula
îi preia energia,
iar noi vom vedea o banda neagră în curcubeu.
Dacă un foton are prea multă sau prea puțină energie,
molecula nu are de ales
decât să-l lase să treacă.
De aceea sticla este transparentă.
Atomii din sticlă nu se potrivesc
cu nivelele de energie ale luminii vizibile,
astfel că fotonii trec prin ei.
Deci, ce fotoni preferă dioxidul de carbon?
Unde este banda neagră din spectru
ce explică încălzirea globală?
Păi, nu este acolo.
Dioxidul de carbon nu absoarbe lumina direct
de la Soare.
O absoarbe de la un alt corp ceresc.
Unul care nu pare să emită lumină deloc:
Pământul.
Dacă te întrebi de ce planeta noastră
nu pare că strălucește,
este pentru că Pământul nu emite lumină vizibilă.
Emite raze în infraroșu.
Lumina pe care o putem vedea
incluzând toate culorile curcubeului,
e doar o mică parte dintr-un spectru mai larg
al radiației electromagnetice,
ce include undele radio, microundele,
infraroșul, ultravioletele, razele X
și razele gamma.
Poate părea ciudat să le consideri tot lumină,
dar nu e nicio diferență majoră
între lumina vizibilă și alte radiații electromagnetice.
E aceeași energie,
dar pe un nivel superior sau inferior.
De fapt, e arogant să definim
termenul ca lumină vizibilă după limitările noastre.
Până la urmă, IR este vizibilă șerpilor
și UV e vizibilă păsărilor.
Dacă ochii noștri s-ar fi adaptat să vadă lumina
de 1900 MHz, atunci un telefon mobil
ar fi o lanternă
iar un turn de telefonie
ar fi ca un felinar.
Pământul emite IR
pentru că orice obiect cu temperatura
peste zero absolut emite lumină.
Asta se numește radiație termică.
Cu cât mai fierbinte devine obiectul,
cu atât mai mare frecvența luminii emise.
Când încălzești o bucată de fier,
va emite din ce în ce mai multe frecvențe IR,
și apoi, la o temperatură de aproximativ 450 C,
lumina va ajunge vizibilă.
La început, lumina va fi roșie.
Apoi, cu și mai multă căldură,
va străluci alb
cu toate frecvențele luminii vizibile.
Așa au fost becurile clasice
proiectate să funcționeze
și de ce sunt atât de ineficiente.
95% din lumina emisă este invizibilă ochilor noștri.
E irosită sub formă de căldură.
Radiația IR a Pământului s-ar disipa în spațiu
dacă nu ar fi gaze cu efect de seră
în atmosfera noastră.
Așa cum oxigenul preferă fotonii roșii,
dioxidul de carbon și alte gaze cu efect de seră
se potrivesc cu fotonii IR.
Aceștia oferă cantitatea de energie
pentru a trece moleculele de gaz pe nivelul de energie superior.
La scurt timp după ce o moleculă de dioxid de carbon
absoarbe un foton în IR,
va reveni la nivelul de energie inițial,
și va emite un foton în direcție aleatorie.
O parte din acea energie se va reîntoarce
pe suprafața Pământului,
înducând încălzire.
Cu cât mai mult dioxid de carbon e în atmosferă,
cu atât mai probabil acei fotoni IR
vor reveni pe Pământ
și ne vor modifica clima.