二氧化碳分子在溫室效應中的作用

法國 Angers 大學的 M.Chrysos 教授和俄羅斯圣彼得堡大學的同行們聯合研究了CO2分子在溫室效應中的作用.他們發現CO2分子不僅作為單分子狀態吸收與散射能量，而且還在分子與分子碰撞期間吸收與散射能量.由太陽發射的可見光入射到地球后，同時又以紅外輻射的方式從地球反射.這些紅外輻射被大氣吸收和保持就成為溫室效應的熱量來源.雖然CO2分子在大氣中所占比例要比N2與O2分子少得多，但它吸收紅外輻射的能力卻并不小.N2與O2分子通常是不吸收紅外輻射的.在過去的研究中，只考慮CO2分子自身的吸收能力，它遵守的是量子力學規律.現在發現，CO2分子之間或者它與其他分子之間在碰撞時也要吸收紅外輻射，并且遵守的是經典物理的規律.

在認識到分子碰撞時也能吸收能量這個事實，M.Chrysos 教授的研究組利用數學方程精確地計算了分子碰撞（其中包括CO2分子之間， CO2分子與N2分子和O2分子之間）時所吸收的能量.按經典規律，分子間的碰撞率是與地面高度有關的，在高度為 600km處，碰撞率約為1次/min；而在海平面處，碰撞率則高達1010次/s.對吸收總能量的計算顯示，分子碰撞時所吸收的紅外輻射能量要比不考慮碰撞效應時增加 10%.因此這必然會導致地球溫室效應的加劇.

這個研究從3個方面幫助科學家們能更好地了解大氣的溫室效應:第一是讓我們能正確地知道被CO2分子所吸收的紅外輻射能量是如何利用碰撞過程轉移給其他分子的，其中有一半的能量是通過碰撞轉移為其他分子的平動能，另一半是轉移為轉動能并讓分子的轉速變快，這些效應都提高了大氣分子整體的熱能；第二是顯示出了一些碰撞時的瞬態效應，特別是三分子的碰撞，這種三分子碰撞在金星上是非常普遍的，因為金星大氣層中的主要成分是CO2分子；第三是可以直接證明分子間在短程內（幾個埃左右）是沒有能量交換作用的，所以CO2分子與其他分子間的相互交換能量是一個長程過程，這一點是對主流觀點的修正.

（云中客摘自 Physical Review Letters,4 April 2008）