温室气体有哪些？地球温室气体的作用原理( 二 ) _原子

文章插图
二氧化碳引起的温室效应
你可能会问，绝大多数干燥空气是氮气和氧气，其中氮气（N?）占78.084%，氧气（O?）占20.947% , 连稀有气体氩气（Ar）占0.934%，为什么它们不是温室气体，但大气中二氧化碳含量只有0.035%，却能加热成为主要温室煤气？
这是一个很好的问题，让我们关注温室气体为什么会被加热。
为什么要加热温室气体
在距地面 85 公里至 600 公里的高度，被称为“热层”的高层大气顶部附近达到 2000°C 的高温。这是因为太阳紫外线辐射和波长小于 0.175 μm 的 X 射线辐射都被该层中的大气物质（主要是原子氧）吸收。因为这一层的空气很稀薄，而空气的密度只有地面密度的十亿分之一甚至千亿分之一，即使气体粒子非常热，我们在这层也感觉不到多少热量。地区。

文章插图
大气分层和温度变化
热层很热，但与温室气体几乎没有关系，温室气体是由太阳辐射能量使大气粒子电离造成的。大气层的中间层非常冷，虽然这里的空气比热层要稠密得多，但它缺乏温室气体。
平流层上方有丰富的臭氧，它吸收太阳的高能辐射并将其转化为自身振动的能量，并将高能紫外线和X射线辐射的能量转化为热能，从而保护地面上的生命。
您可能已经注意到，所谓的温室气体分子大多由三个或更多原子组成。单个原子（如氩）和硅藻（氮和氧）不是温室气体。这是因为由三个原子组成的气体分子在光照射下具有更复杂的振动模式，会产生更多的热量。
分子振动
空气中有极少量的单原子气体，如氩气、氖气等稀有稀有气体，而在高层大气中，还有电离的氧、氢等，这些气体暴露在极高-能量X射线、极紫外线等。在照射下，由于原子振动的加剧，能量会向外辐射。但这些气体非常稀有，不能称为温室气体。
78.084% 的大气氮 (N2) 和 20.947% 的氧 (O2) 是双原子气体分子，它们由通过共价键稳定的两个原子分子组成。其中氮分子由两个通过强（短）三键连接的氮原子（N）紧密组成：

文章插图
氮分子的三键
氧分子由两个通过强（短）双键连接的氧原子 (O) 组成：

文章插图

文章插图
氧分子的双键
由于氮和氧都通过强键连接，结构稳定，那些穿过大气层的光子通常强度不足以激发它们振动；当它们被光子激发时，分子只在轴向上轻微振动线性振动，就像一个坚硬的弹簧附在两个原子上，它们只是稍微靠近一点，远离一点，所以氮气和氧气基本不辐射热能，而不被视为温室气体。
具有 3 个或更多原子的分子可以以更复杂的模式振动。单个分子可以以多种方式振动；这些不同的运动中的每一个都称为振动“模式” 。二氧化碳（CO?）分子具有三种不同的振动模式，如下图所示：

文章插图
二氧化碳分子的三种振动模式
二氧化碳分子由一个中心碳原子（C）连接到两个具有弱（长）双键的氧原子（O）组成，分子中的电荷不对称分布。与氮气和氧气相比，二氧化碳原子的关键就像一根细弹簧，松散而柔软。具有更多（和更复杂！）振动模式的分子更有可能与通过的电磁辐射波相互作用，这就是为什么二氧化碳会吸收和发射红外 (IR) 辐射，而氮和氧分子则不会。这种吸收红外线的能力使二氧化碳成为温室气体。