Hẳn bạn đã từng nghe
CO2 đang gây nóng lên Trái Đất
nhưng bằng cách nào?
Nó giống như tấm kính trong nhà kính
hay như một tấm chăn bao trùm?
Ồ, không hoàn toàn vậy.
Câu trả lời cần một chút kiến thức
về cơ học lượng tử, nhưng đừng lo lắng,
chúng ta sẽ bắt đầu với 1 cầu vồng.
Nếu bạn quan sát kỹ một tia sáng tách biệt
qua một lăng kính,
bạn sẽ thấy những đoạn tối mà một số dải màu thiếu sót.
Vậy chúng đi đâu?
Trước khi tới được mắt chúng ta,
những khí khác đã hấp thụ những
phần nhất định của quang phổ.
Ví dụ, khí oxy đã "vồ lấy"
một vài tia sáng màu đỏ thẫm,
còn Natri thì "chộp" 2 dải ánh sáng vàng.
Nhưng tại sao những khí này hấp thụ
những màu nhất định của ánh sáng?
Đây là lúc chúng ta bước vào lĩnh vực lượng tử
Mỗi nguyên tử và phân tử có 1 số cố định
về mức thế năng cho electron của nó.
Để chuyển electron của nó từ mức cơ bản
lên mức năng lượng cao hơn,
1 phân tử cần đạt 1 lượng năng lượng nhất định.
Không hơn, không kém.
Nó nhận năng lượng từ ánh sáng,
cái mang đến nhiều mức năng lượng hơn bạn có thể đếm được.
Ánh sáng bao gồm những phần tử vô cùng nhỏ gọi là photon
và lượng năng lượng trong mỗi photon
tương ứng với màu sắc của nó.
Ánh sáng đỏ có năng lượng thấp hơn và bước sóng dài hơn.
Màu đỏ tía thì có năng lượng cao hơn và bước sóng ngắn hơn.
Ánh sáng mặt trời cung cấp tất cả photon của dải cầu vồng,
vì vậy 1 phân tử khí có thể chọn
những photon mang chính xác lượng năng lượng
cần để chuyển phân tử
lên mức năng lượng kế tiếp.
Khi điều này xảy ra,
photon biến mất trong khi phân tử
nhận được năng lượng của nó,
và chúng ta nhận được 1 đoạn khuyết nhỏ trong dải cầu vồng
Nếu 1 photon mang quá nhiều hoặc quá ít năng lượng,
phân tử không chọn được mà
phải cho chúng xuyên qua.
Đây là lý do tại sao thủy tinh trong suốt.
Các nguyên tử trong thủy tinh không hợp
với bất kỳ mức năng lượng nào trong ánh sáng nhìn thấy,
vì thế photon xuyên qua được.
Vậy, photon nào mà CO2 ưa thích?
Dải ánh sáng tối trong cầu vồng
giải thích sự nóng lên toàn cầu nằm ở đâu?
Vâng, nó không có ở đó.
CO2 không hấp thụ trực tiếp ánh sáng
từ Mặt trời.
Nó hấp thụ ánh sáng từ 1 vật thể
hoàn toàn khác ngoài vũ trụ.
Nó không xuất hiện để phát ra ánh sáng nào cả:
Trái Đất.
Nếu bạn băn khoăn tại sao hành tinh của chúng ta
dường như không phát sáng,
đó là bởi vì Trái Đất không phát ra ánh sáng nhìn thấy.
Nó phát ánh sáng hồng ngoại.
Ánh sáng mà mắt con người có thể thấy,
bao gồm tất cả ánh sáng của dải cầu vồng,
chỉ là 1 phần nhỏ của dải quang phổ lớn
trong bức xạ sóng điện từ,
chúng bao gồm sóng âm, sóng siêu âm,
tia hồng ngoại, tia cực tím, tia X,
và tia gamma.
Nó có vẻ hơi lạ với suy nghĩ về những điều như ánh sáng
nhưng không có sự khác biệt cơ bản nào
giữa ánh sáng nhìn thấy và các bức xạ điện từ khác.
Chúng cùng 1 loại năng lượng,
nhưng chỉ là ở mức cao hơn hay thấp hơn mà thôi.
Thực tế, có 1 chút quá tự tin khi định nghĩa
thuật ngữ ánh sáng nhìn thấy bởi giới hạn của chính chúng ta.
Thật ra, rắn nhìn thấy ánh sáng hồng ngoại,
cũng như chim nhìn thấy tia cực tím.
Nếu mắt bạn thích ứng để thấy ánh sáng
1900MHz, thì 1 chiếc điện thoại di động
sẽ là 1 chiếc đèn nháy,
và 1 trạm thu phát sóng di động
sẽ giống như 1 chiếc đèn trời khổng lồ vậy.
Trái Đất phát ra bức xạ hồng ngoại
bởi vì mỗi vật thể có nhiệt độ
trên độ 0 tuyệt đối đều phát ra ánh sáng.
Đây được gọi là bức xạ nhiệt.
Vật thể càng nóng,
tần số ánh sáng nó phát ra càng lớn.
Khi bạn nung nóng 1 mẩu sắt,
nó sẽ phát xạ tia hồng ngoại có tần số càng lớn hơn,
và rồi, ở nhiệt độ khoảng 450 độ C,
ánh sáng của nó sẽ chạm vùng quang phổ nhìn thấy.
Đầu tiên, nó sẽ trông như màu đỏ rực.
Và càng nhiều nhiệt,
nó sẽ sáng dần
với tất cả tần số của ánh sáng nhìn thấy.
Đây là nguyên lý đèn sợi đốt truyền thống
được thiết kế để hoạt động
và tại sao chúng quá lãng phí.
95% ánh sáng chúng phát ra không nhìn thấy bởi mắt ta.
Nó đã lãng phí về nhiệt.
Bức xạ hồng ngoại của Trái Đất sẽ thoát ra ngoài không gian
nếu không có các phân tử khí nhà kính
trong khí quyển.
Như khí oxy ưa thích loại photon đỏ thẫm,
CO2 và các khí nhà kính khác
phù hợp với các photon hồng ngoại.
Chúng cung cấp đúng lượng năng lượng
để chuyển các phân tử khí lên mức năng lượng cao hơn.
1 thời gian ngắn sau khi 1 phân tử CO2
hấp thụ 1 photon hồng ngoại,
nó sẽ rơi xuống mức năng lượng trước đó của nó,
và sinh ra 1 photon trở lại theo hướng bất kỳ.
Một số năng lượng đó quay trở lại
bề mặt Trái Đất,
gây nóng lên.
Càng nhiều CO2 trong khí quyển,
càng nhiều các photon hồng ngoại đó
sẽ rơi trở lại Trái Đất
và thay đổi khí hậu của chúng ta.