Vì sao carbon dioxide có tác động rất lớn đến bầu khí quyển Trái đất?

Trên thực tế, chìa khóa cho ảnh hưởng mạnh mẽ của carbon dioxide (CO2 ) đối với khí hậu chính là khả năng hấp thụ nhiệt phát ra từ bề mặt hành tinh của chúng ta, giữ cho nó không thoát ra ngoài không gian.

CO2 dù chiếm tỉ lệ nhỏ trong bầu khí quyển nhưng lại vô cùng quan trọng.

Các nhà khoa học lần đầu tiên xác định tầm quan trọng của carbon dioxide đối với khí hậu vào những năm 1850 cũng rất ngạc nhiên bởi ảnh hưởng của nó. John Tyndall ở Anh và Eunice Foote ở Mỹ phát hiện ra rằng carbon dioxide, hơi nước và khí mê-tan đều hấp thụ nhiệt, trong khi các loại khí dồi dào hơn thì không.

Các nhà khoa học đã tính toán rằng Trái đất ấm hơn khoảng 59 độ F (33 độ C) so với mức cần thiết, với lượng ánh sáng Mặt trời chiếu tới bề mặt của nó. Giải thích tốt nhất cho sự khác biệt đó là bầu khí quyển giữ nhiệt để sưởi ấm hành tinh.

Tyndall và Foote đã chỉ ra rằng nitơ và oxy, cùng chiếm 99% bầu khí quyển, về cơ bản không có ảnh hưởng đến nhiệt độ Trái đất vì chúng không hấp thụ nhiệt.

Thay vào đó, họ phát hiện ra rằng các loại khí có nồng độ nhỏ hơn nhiều hoàn toàn chịu trách nhiệm duy trì nhiệt độ khiến Trái đất có thể ở được, bằng cách giữ nhiệt để tạo ra hiệu ứng nhà kính tự nhiên.

Trái đất liên tục nhận năng lượng từ Mặt trời và phát nó trở lại không gian. Để nhiệt độ của hành tinh không đổi, nhiệt lượng mà nó nhận được từ Mặt trời phải được cân bằng bởi nhiệt lượng tỏa ra.

Vì Mặt trời rất nóng, nó phát ra năng lượng dưới dạng bức xạ sóng ngắn. Trái đất mát hơn nhiều, vì vậy nó phát ra nhiệt dưới dạng bức xạ hồng ngoại, có bước sóng dài hơn.

Carbon dioxide và các loại khí giữ nhiệt khác có cấu trúc phân tử cho phép chúng hấp thụ bức xạ hồng ngoại. Các liên kết giữa các nguyên tử trong một phân tử có thể rung động theo những cách đặc biệt, giống như cao độ của dây đàn piano. Khi năng lượng của một photon tương ứng với tần số của phân tử, nó được hấp thụ và năng lượng của nó truyền đến phân tử.

Trong Chiến tranh Lạnh, sự hấp thụ bức xạ hồng ngoại của nhiều loại khí khác nhau đã được nghiên cứu rộng rãi. Công việc được dẫn đầu bởi Không quân Mỹ, nơi đang phát triển các tên lửa tầm nhiệt và cần phải hiểu cách phát hiện nhiệt truyền qua không khí.

Nghiên cứu này cho phép các nhà khoa học hiểu được khí hậu và thành phần khí quyển của tất cả các hành tinh trong Hệ Mặt trời bằng cách quan sát bức xạ hồng ngoại của chúng. Ví dụ, sao Kim khoảng 870 F vì bầu khí quyển dày của nó là 96,5% carbon dioxide.

Nó cũng giúp dự báo thời tiết và xây dựng mô hình khí hậu, cho phép họ định lượng lượng bức xạ hồng ngoại được giữ lại trong khí quyển và quay trở lại bề mặt Trái đất.