二氧化碳分子在温室效应中的作用

法国 Angers 大学的 M.Chrysos 教授和俄罗斯圣彼得堡大学的同行们联合研究了CO2分子在温室效应中的作用.他们发现CO2分子不仅作为单分子状态吸收与散射能量，而且还在分子与分子碰撞期间吸收与散射能量.由太阳发射的可见光入射到地球后，同时又以红外辐射的方式从地球反射.这些红外辐射被大气吸收和保持就成为温室效应的热量来源.虽然CO2分子在大气中所占比例要比N2与O2分子少得多，但它吸收红外辐射的能力却并不小.N2与O2分子通常是不吸收红外辐射的.在过去的研究中，只考虑CO2分子自身的吸收能力，它遵守的是量子力学规律.现在发现，CO2分子之间或者它与其他分子之间在碰撞时也要吸收红外辐射，并且遵守的是经典物理的规律.

在认识到分子碰撞时也能吸收能量这个事实，M.Chrysos 教授的研究组利用数学方程精确地计算了分子碰撞（其中包括CO2分子之间， CO2分子与N2分子和O2分子之间）时所吸收的能量.按经典规律，分子间的碰撞率是与地面高度有关的，在高度为 600km处，碰撞率约为1次/min；而在海平面处，碰撞率则高达1010次/s.对吸收总能量的计算显示，分子碰撞时所吸收的红外辐射能量要比不考虑碰撞效应时增加 10%.因此这必然会导致地球温室效应的加剧.

这个研究从3个方面帮助科学家们能更好地了解大气的温室效应:第一是让我们能正确地知道被CO2分子所吸收的红外辐射能量是如何利用碰撞过程转移给其他分子的，其中有一半的能量是通过碰撞转移为其他分子的平动能，另一半是转移为转动能并让分子的转速变快，这些效应都提高了大气分子整体的热能；第二是显示出了一些碰撞时的瞬态效应，特别是三分子的碰撞，这种三分子碰撞在金星上是非常普遍的，因为金星大气层中的主要成分是CO2分子；第三是可以直接证明分子间在短程内（几个埃左右）是没有能量交换作用的，所以CO2分子与其他分子间的相互交换能量是一个长程过程，这一点是对主流观点的修正.

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