科学探索为什么二氧化碳成为温室气体的元凶？

　　前 言
　　大家知道，空气中各成分的体积分数分别是:氮气大约占78%、氧气大约占21%、稀有气体大约占0.94%、二氧化碳大约占0.03%、水蒸气和其它气体和杂质大约占0.03%。同时，随着人类社会的发展，地球上人口数量增加，工业生产活动强度增强，整个对自然环境与地球生态影响更大，为什么却偏偏只挑选二氧化碳就被当作温室气体，何况其大气中的含量还不是很高，难道其它气体成分就没有温室效应？
　　大气的组成成分
　　首次发现已被提出
　　1856年夏季，爱尔兰＂科学家＂科学家尤妮斯·福特已经通过实验，有个重大发现，找出影响太阳光热量的因素，并写成论文题为《影响太阳光线热能的环境条件》，尽管当时实验条件简单，实验设计却十分精巧，结果也很惊人，如下图
　　尤妮斯1856年论文中记录的数据图表
　　从实验观测到的数据中，尤妮斯得出了三个结论：
　　① 随着密度的增加，气体吸收太阳光热量的能力增加，反之亦然；
　　② 与干燥的空气相比，潮湿的空气吸收太阳光热量的能力更强
　　③ 含有二氧化碳的气体在太阳光照射下升温最明显，移至阴凉处后所需的冷却时间也最长。
　　由于尤妮斯名气不大或者课题不吸引人的原因，这篇论文根本没有引起学界的关注，这个伟大的发现就这样一直被尘封着。
　　三年后英国物理学家约翰·丁达尔（John Tyndall）才发现了不同气体在长波红外线辐射下吸热不等的现象，被认为证实了大气中二氧化碳含量与后人所说的温室效应之间的关联，物理学家约翰·丁达尔 后来被誉为 ＂现代气候科学的先驱＂， 幸运的是，尤妮斯·福特论文没有被遗弃，被收集录入到美国经济学家编撰的《科学发现年鉴》中，直到一百五十年后，这段故事与这篇论文才被发现与披露出来。叹息之余，尤妮斯在论文结尾依旧给人印象深刻：＂ 如果某一时期地球大气中二氧化碳所占的比例增加，全球的气温也会随之升高。 ＂
　　大气层的气温机制
　　地球平均每天从太阳接收大概10亿焦耳的阳光能量，其中主要包含有紫外线、可见光和红外线的混合物。
　　阳光到达地表之前，需要穿过地球的＂棉袄＂---大气层，先在臭氧层作用下，大约99%的紫外线被过滤掉或阻断。可见光就是人类所见也是万物生成长的要素，滋养着地球生态圈，而红外线尽管不能被人眼所见，却能使地球变暖，使处于寒冷状态中的生命获得热量。
　　照射地表的红外线可以被不同物体所吸收，再以热量的形式辐射出去，也有一部分以热量反射形式，一部分从受热区域转移至较冷区域，大部分重新进入天空，这时就会遇上我们成为温室气体的阻碍，这些温室气体包括有二氧化碳、水蒸汽、氮氧化物、甲烷和含氯氟烃等气体。如果没有这些温室气体，热量将直接走向茫茫宇宙，科学推算，届时地球气温可能低于零下十八摄氏度。那将是一个多么寒冷的星球啊！由此可见，如果地球完全离开二氧化塔等温室气体的有效保护，那也是非常可怕的事情！
　　太阳辐射在大气层的过程示意图
　　温室效应原理
　　被再次辐射或发射的红外线向周边与大气层外层弥漫时，为什么只有二氧化碳才发生反应，进而起到保温作用？难道氧气与氮气就不能起到一点作用？科学研究表明，氧气与氮气，相对二氧化碳分子结构存在差异，前者属于两个相同原子，共价键稳定态高，而后者分子结构属于一个碳原子两个氧原子构成的分子，共价键稳定态较弱，属于红外活性分子，即对红外线与红外辐射敏感，能与之发生反应，从而阻止其离开地球。
　　进一步研究发现，当红外辐射光子撞击二氧化碳气体分子时，分子会吸收光子然后被激活，并开始以更快的速度振动，然而，二氧化碳分子始终保持快速运动状态，它又将能量释放至空气中，或转移至附近的二氧化碳分子来实现。当数万亿个二氧化碳分子都在一次次重复发生这个动作，能量的就持续在吸收、激活和再释放中循环，这就形成了二氧化碳分子捕获热量的根本原因。
　　而氮气和氧气这类气体分子，却对红外辐射这样的能量不敏感，没有这样的反应，因此，这类电磁辐射可以毫无阻碍地＂穿越＂它们，逃离地球。发现表明，能让氮气与氧气分子敏感的，却是高能量的辐射，比如伽马或者X射线，这里不再详述。
　　至此，二氧化碳就被人类科学家这样定义为温室效应的＂元凶＂，于是相关学术或国际组织活动，就针对温室效应展开一系列的活动，如全球气候大会（哥本哈根）、碳中和等等大家熟悉的概念与政策以及行动，相继出台。
　　温室效应带来的影响
　　难道二氧化碳是唯一元凶？
　　严格来说，当然不是，比如含氯氟烃分子（诸如氟利昂）等所产生的碳足迹相当于一万个二氧化碳分子，同时可以破坏大气层中的臭氧层，还有甲烷吸收热量是二氧化碳的30倍以上，大家常见的水蒸汽是所有温室气体中吸收热量最强的。前者多年前就通过工业或化工业相关等等相当多的标准管控，其排放已经被严格限制。后者则是我们整个星球重要水体循环的组成部分，离开这个水循环，自然破坏与影响更大，自然也就不应该在此管控范围之内。
　　二氧化碳不但人体生命活动，还有工业生产、社会活动始终持续排放的，由此所有温室效应的压力，就集中在二氧化碳上咯。
　　工业排放引发的温室效应
　　结论与感言  二氧化碳作为维持地球动物生命重要的组成成分，幸运的是植物刚好相反，可以吸收利用与固化，相映成辉的造就我们整个生态星球和谐的碳循环，为地球保持一个适宜生物居住的美丽星球。 多不好，少也不行，良好的二氧化碳平衡将是我们追求的目标，更幸运的是，大自然在土壤中、森林中和海洋中….，已经为我们提供了巨大的碳沉积，面对曾经破坏的平衡，我们一起努力再去维护与修复，关爱环境，和谐循环，让地球始终保持美丽的平衡，为美丽星球，更是为我们人类自己创造一个更舒适的生命环境。
　　和谐家园，我们一起努力！！
　　关爱地球，就是关爱我们人类自己！！
　　关爱地球