Karbondioksitin Dünya'yı ısıtttığını
büyük olasılıkla duymuşsunuzdur;
peki bu nasıl oluyor?
Seraların dışındaki camlar gibi mi
ya da yalıtımlı battaniyeler gibi mi?
Aslında pek değil.
Yanıt birazcık kuantum mekaniği ile ilgili
ama endişelenmeyin;
gökkuşağından başlayacağız.
Prizmadan ayrılan güneş ışığına
yakından bakarsanız, renk şeritlerinin olmadığı
karanlık aralıklar görürsünüz.
Renkler nerededir peki?
Gözümüze ulaşmadan önce,
tayfın bu belirli bölgeleri
çeşitli gazlar tarafından soğurulmuş olur.
Örneğin, oksijen gazı koyu kırmızı ışığın
birazını kapmış olur.
Sodyum ise iki sarı şerit yakalamıştır.
Peki ama bu gazlar neden belirli renkte
ışığı soğuruyorlar?
İşte kuantum dünyasına bu noktada giriyoruz.
Her atom ve molekülün elektronları
bir dizi izinli enerji seviyeleri sayısına sahiptir.
Elektronlarının taban durumundan
daha yüksek bir seviyeye çıkması için,
molekülün belli bir miktar enerji kazanması gerekir.
Ne daha az, ne daha çok.
Bu enerjiyi ışıktan alır, ki ışığın sayabileceğinizden
çok daha fazla enerji seviyesi bulunur.
Işık, foton adı verilen minik parçacıklardan oluşur
ve her bir fotondaki enerji
onun rengini belirler.
Kırmızı ışık daha düşük enerjili ve uzun dalgaboyludur.
Mor ışık daha yüksek enerjili ve kısa dalgaboyludur.
Güneş ışığında, gökkuşağının tüm fotonları bulunur;
dolayısıyla bir gaz molekülü,
kendisini bir üst enerji seviyesine taşıyacak
enerji miktarını tam olarak taşıyan
fotonları seçebilir.
Bu eşleşme gerçekleştiğinde,
molekül enerji kazanırken
foton kaybolur.
Böylece gökkuşağımızda küçük bir aralık oluşur.
Eğer bir foton çok fazla ya da çok az enerji taşıyorsa,
molekül onun geçip gitmesine
izin vermekten başka bir şey yapamaz.
Camın şeffaf olma nedeni budur.
Camdaki atomlar, görünür ışıkta bulunan enerji seviyelerinden
hiçbiri ile eşleşme sağlayamadığından,
fotonlar geçip gider.
Peki karbondioksit hangi fotonları tercih eder?
Küresel ısınmayı açıklayan siyah çizgi
gökkuşağımızın neresinde?
Aslında orada değil.
Karbon dioksit Güneş'ten gelen ışığı
doğrudan soğurmaz.
Tamamen farklı bir göksel cisimden
gelen ışığı soğurur.
Hiç de ışık yayıyor gibi görünmeyen birinden:
Dünya'dan.
Gezegenimizin neden parıldamadığını
merak ediyorsanız,
nedeni Dünya'nın görünür ışık yaymamasıdır.
Kızılötesi ışık yayar.
Gözümüzün görebildiği ışık,
gökkuşağındaki tüm renkler dahil,
radyo dalgalarını, mikrodalgaları,
kızılötesini, morötesini,
x-ışınlarını ve gama ışınlarını da içeren
elektromanyetik ışınımın geniş tayfının
çok küçük bir bölümünü oluşturur.
Bunları ışık olarak düşünmek garip gelebilir,
ancak görünür ışıkla diğer elektromanyetik ışınımlar
arasında temelde hiç bir fark yoktur.
Hepsi aynı enerjidir,
sadece seviyesi daha yüksek veya daha düşüktür.
İşin aslı, görünür ışığı kendi sınırlarımıza göre
adlandırışımız biraz küstahçadır.
Sonuçta kızılötesi ışık yılanlar için görünürdür.
Morötesi ışık da kuşlar için görünürdür.
Eğer gözlerimiz 1900 megahertz ışığı görebilseydi,
cep telefonunu fener olarak kullanabilirdik
ve baz istasyonları
bizim için dev fenerler gibi olurdu.
Dünya kızılötesi ışınım yayar
çünkü mutlak sıfırın üzerindeki herhangi bir sıcaklığa
sahip olan tüm nesneler yayar.
Buna "termal ışınım" adı verilir.
Nesne ne kadar sıcaksa,
yaydığı ışığın frekansı o kadar yüksek olur.
Bir demir parçasını ısıttığınızda,
giderek daha yüksek frekansta kızılötesi ışık yayar.
Böylece, yaklaşık 450 derece civarında bir sıcaklıkta,
ışığı görünür tayfa erişir.
İlk önce ateş kızılı görünür.
Daha fazla ısındıkça,
görünür ışığın tüm frekanslarını yayarak
beyaza dönmeye başlar.
Geleneksel ampuller işte bu şekilde
çalışmak için tasarlanmıştır
ve bu büyük savurganlıktır.
Yaydıkları ışığın %95'i gözlerimize görünmez.
Isı olarak harcanır gider.
Dünya'nın kızılötesi ışıması, eğer atmosferde
sera etkisi yapan gaz molekülleri olmasaydı
uzaya doğru kaçardı.
Tıpkı oksijen gazının koyu kırmızı fotonları tercih etmesi gibi,
karbon dioksit ve diğer sera gazları da
kızılötesi fotonlarla eşleşir.
Çünkü o fotonlar, bu gaz moleküllerinin enerji seviyelerini
yükseltmelerini sağlayacak miktarda enerji taşır.
Bir karbondioksit molekülü
bir kızılötesi foton soğurduktan kısa süre sonra,
eski enerji seviyesine tekrar düşerken
rastgele doğrultuda bir foton salar.
Bu enerjinin bir bölümü
Dünya yüzeyine geri dönerek
ısınmaya yol açar.
Atmosferde ne kadar çok karbondioksit olursa,
kızılötesi fotonların Dünya'ya geri gelme
ve iklimimizi değiştirme olasılığı
o kadar artar.