有实验证明大气的二氧化碳浓度可以有温室效应吗?

Question

所有气体分子吸收辐射能量的能力。rm \{有限公司}_2美元有能力吸收辐射能量,更与水蒸气进行比较。目前在地球大气层rm \{有限公司}_2构成美元只有0.04% (400 ppm)的大气层。平均约3%的分子在空气中水蒸气分子。空气中的含水量是大约50倍\ rm{有限公司}_2美元。看来\ rm{有限公司}_2内容增加美元在空气中不应该有任何可测量的对全球变暖的贡献。有实验证明\ rm{有限公司}_2美元与大气浓度可以有温室效应?

Answer 1

你的问题对水蒸气是很常见的一个人了解温室效应。一旦你发现相关比例的水蒸气和有限公司₂在大气中,这可能是自然的假设有限公司₂不能发挥了重要作用。在现实中没有这样的工作,至少是有原因的。首先,让我们看看98%实际上在实践中意味着什么。

这不仅仅是关于浓度

大气中气体的浓度并不是唯一决定其变暖潜力——否则氮气,在78%浓度,将是最重要的温室气体。每个气体都有不同的辐射吸收光谱,和不同的变暖潜力。所以尽管它更流行在大气中,水蒸气只有长波吸收潜力公司的两倍₂。

在这一点上,你可能会想'但是两倍仍然更多,所以有限公司₂不能是重要!”。但是这里有另一个不明显的因素,这与反馈和营力之间的区别。

营力与反馈

在气候系统有限公司₂浓度是一个迫使,而水蒸气浓度反馈。为了说明不同,这是一个粗糙的类比:

假设我想减肥,但我不愿减少300克的美味的巧克力蛋糕,我每天都吃。看,人类的身体重量80%左右的水,我认为这个蛋糕不可能是一个问题:毕竟,我每天喝2公斤的水,所以它会更有意义,以减少!所以我每天减少1公斤水摄入量和维护我的蛋糕。几周后,我惊奇地发现,我没有失去任何重量!发生了什么事?事实证明,人体调节其含水量,我减少我的摄入量减少输出。脂肪储存不规范以同样的方式,所以蛋糕不断堆积。

这是一个类似的故事,有限公司₂和水蒸气:有限公司₂实际上在大气中的浓度变化很长一段时间(几十年综观)当我们释放更多的天然气。实际上,水蒸气是自动调节的。如果我们能挥动魔棒,瞬间消除大气中的水蒸气,将会发生什么:

(源)

50天内,水蒸气是回到1%以内,就没有干预。

如果水蒸气浓度不是由输入控制,控制的是什么?温度。温暖的气氛,它所能容纳的水蒸气。这意味着,当温度上升将增加有限公司₂水蒸气含量也增加,进一步加剧了温室效应。这是作为一个积极的反馈。

既然你不是第一个问这个问题(通过很长一段路),已经有一些好的资源网上针对不同角色的水蒸气和有限公司₂在全球变暖。

• “常见的气候误解:水汽反馈”是一块2008年在耶鲁大学气候连接系列说或多或少我上面所说的,但在更多的细节和类比没有蛋糕。

• “水蒸气:反馈或强迫?”是一个伟大的2005年的文章加文·施密特解释水蒸气在气候变化中的作用。

• “解释水蒸气的温室效应是如何工作的”是一段简短的怀疑科学主要专注于积极的反馈效应。

实验室测量有限公司₂吸收

你似乎特别感兴趣的实验对二氧化碳的吸收。作为一个很好的起点,我可以推荐(目前)26出版物索引观察者的论文的实验室测量二氧化碳吸收特性。如果你真的希望看到实验证实有限公司₂甚至还可以吸收辐射在大气中的浓度,你可以看一看(例如)泰勒和耶茨(1957),耶茨和泰勒(1960),或Streete(1968),所有这些都清楚地表明,有限公司吗₂吸收乐队出现在正常大气。

题外话:我个人觉得发现大量的光谱的观察整个常压塔——从卫星和地面站——提供一个更引人注目的演示的温室效应。毕竟,气氛不是一瓶均匀的气体,可以忠实地按比例缩小到一个实验室样本。但是你的问题和随后的评论表明,你测量常压塔本身不感兴趣,这里我只是把精力集中在地面实验证明公司的长波吸收特性₂。

答案的评论

如果有一个这样的积极反馈存在没有其他负面回应,地球将变暖没有二氧化碳的贡献。

我觉得你可能有点困惑的定义一个反馈。正如我试图解释,术语“反馈”意味着水蒸气含量取决于其他因素在气候系统。它可以放大了营力的影响,但它本身不能“推”系统或另一种方式。所以你不能有一个积极的反馈没有某种迫使:迫使正是输入的反馈是“反馈”进入系统,在这种情况下通过全球气温上升。

理解的差异,这可能是有用的考虑很多人熟悉的另一种形式的反馈—通过一个电吉他和放大器系统音频反馈。正如你所看到的有关视频,没有声音,直到吉他手扮演一个和弦。但是一旦他扮演一个和弦,吉他拾音器本身检测放大声音和提要回来放大器,创建一个循环无限期维持了声音。你可以认为最初的和弦是类似于有限公司₂输入和反馈循环类似于水蒸气效应:音频反馈,如水蒸气反馈,不做任何事,直到有一个初始输入来自其他来源。

大气中的二氧化碳释放化石燃料是在恐龙时代。如果从所有化石燃料二氧化碳释放,它将恢复恐龙时间大气状态……你不能否认这些二氧化碳在地球历史和地球大气中的动物和植物生长茂盛

这并没有与你原来的问题!如果你想问,请继续上传一个新问题;课件不是讨论的网站,我们尽量保持每个问题集中在一个主题。

考虑到这一点,我就作一个非常简短的答案。你的配方是一个小错误:恐龙时代跨度至少1.35亿年,有很多碳埋葬在它开始之前,在地上,目前所有的碳在大气中不是在同一时间。但是,这是事实,地球已经高有限公司₂比目前水平,大部分多余的碳现在关押在化石燃料。所以会发生什么,如果我们把大量的二氧化碳在大气中,试图重现高二氧化碳气氛,说,霸王龙在晚白垩世呼吸?那时,地球是温暖的,很少或根本没有冰在两极。重新发行的最大影响之一,碳将我们目前的极地冰盖的融化,海平面上升,一些几十米。问题不是地球将变得完全无法居住任何生命形式(尽管目前很多物种将会灭绝)。问题是,很多物种,包括智人,不准备一个气候变化的大小。世界上百分之十的人口和8%的低海拔沿海地区城市土地面积,并将完全淹没了10米高海平面上升——这仍远低于海平面在恐龙时代。

海平面上升是一个影响很多,但是现在我把它在这个自(正如我上面提到的)这不是与你最初的问题。

如果一个人把他的水摄入量减半,他会生病之前他会更胖的。

这有点外围问题,我认为:-)。如果你不喜欢你可以忽略它的类比:它不是必要的解释。然而,只是为了让你:环保局暴露因素手册(2011年版)给出了1043毫升的平均值的每日饮水摄入量在美国一个成年人。因此,我不认为限制水的摄入,每天1公斤,在我的思想实验,必定会引起疾病。

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引用

• Streete, j·l . (1968)。红外测量海平面的大气传输。应用光学,7 (8),1545 - 1549。

• 泰勒,j . H。&耶茨,h·w·(1957)。在红外大气传输。JOSA, 47 (3), 223 - 226。

• 耶茨,h·W。&泰勒j . h (1960)。红外大气传输(没有。海军- 5453)。华盛顿海军研究实验室。

Answer 2

实验不一定证明的事情,本身;特别地,一个实验往往不是为了证明什么,至少,需要复制实验。实验提供贡献的证据。信心的假设可以从组合理论,实验和自然实验。

我们的知识关于温室效应对来自实验室实验和自然实验的结合,辅以各种理论测试,测试成功。

第一个实验和理论家在十九和二十世纪early-to-mid:约瑟夫•傅里叶Svante Arrhenius,约翰•廷德尔人卡。或许最引人注目的是,它是约翰•廷德尔的工作热电堆,测量各种气体的吸收光谱,首先最直接的解决你的问题。最近,光谱分析的进步意味着实验可以确定电磁波谱的哪些部分吸收\ ce{二氧化碳},美元和多少。至关重要的是,有乐队非常高的吸收\ ce{二氧化碳},美元在频率\ ce {H2O}美元低得多的吸收:

我们有实验室做实验,证明与大气CO2浓度导致温室效应。这些实验回去将近二百年,我们做更多的研究,证实我们发现越大,从实验室的实验,自然实验,和更广泛的理论物理和化学。

Answer 3

简短的回答你的问题真的是这样的:是的,二氧化碳会导致全球变暖。

在互联网上有很多资源,差不多详细地解释这个可以容忍,不管我们可以回答不接近别人已经收集。我建议你开始维基百科页面在全球变暖问题(特别是部分温室气体,以及维基百科页面温室气体。

Answer 4

明白为什么我们不能执行一个实验在实验室条件下验证温室效应,我们需要首先考虑(严重而命名)温室效应如何操作:

地球是在(实际上)真空,所以它只能获得或失去热量通过辐射。太阳发出的可见光和紫外线波长的辐射。地球的大气层是相当透明的在这些波长,所以太阳的辐射主要是通过它和表面。其中一些辐射(取决于地球的反照率)从表面反射回太空,但是其余吸收表面,使表面温暖。表面失去热红外辐射的波长。温室气体吸收红外辐射,导致大气中热身(热量的温室气体分子转移一些non-greenhouse气体的碰撞,但热量也向上转移通过对流)。温暖的大气辐射的能量向下和向上进入太空回到地表。向下辐射的一部分也被称为“反向辐射”(和直接观测到的)。重要因素不是出站的数量从表面红外辐射被吸收,但没有足够的高度上面温室气体吸收红外辐射向上从那层,以便它可以逃避进入太空。递减率意味着大气的温度随高度增加而减小。 This means that the more CO₂我们将进入大气层,这个发射层越高,它是寒冷的。红外辐射的数量依赖于这一层的温度,如果这个高度增加然后从地球红外辐射的数量下降,导致能量不平衡,与地球吸收更多的太阳比它发出红外辐射,所以地球变暖。这个过程一直持续到辐射层温度升高到出站IR在与来自太阳的入射辐射平衡。所以更多的公司₂,平均表面温度变暖,所有事情都是平等。

为了有一个实验,可以复制机制的温室效应,我们需要一个真空室大到足以包含一个包含一个列的空气足够高的可衡量的递减率。这显然是不切实际的。我们可以在实验室里进行实验调查的红外吸收温室气体,甚至廷德尔这样做在一个世纪以前,但是我们不能通过实验验证温室效应在实验室条件下,就像我们不能在实验室里实验证明引力透镜。

当然我们可以的居民委员会Magrathea构建一个复制的地球和实验,但是我们需要一个相当大的实验室。

这并不意味着我们没有证据的温室效应。当然,我们做的,就像我们做有引力透镜的证据。

更新- - -简要描述温室效应的机制从斯宾塞Weart @jamesqf提到的优秀作品:

发生在地球表面的红外辐射吗?随着这一层一层地穿过大气层,有些是在每一层停了下来。(具体:一个分子的二氧化碳,水蒸气或其他温室气体吸收辐射的能量。分子可能再次辐射出来的能量在一个随机的方向。或者它可能的能量转移到速度与其他空气分子碰撞,这层空气变暖。)层空气辐射的能量吸收回到地面,向上和一些更高的层次。当你走高,气氛变得更薄,冷。最终到达一层薄,辐射的能量能逃入空间。

如果我们添加更多的二氧化碳会发生什么呢?层那么高和瘦那么多的热量辐射降低通过,增加更多的温室气体意味着层将吸收更多的光线。所以大部分的热能的地方最后离开地球将转移到更高的层次。这些都是冷层,所以他们不辐射热量。地球作为一个整体正在采取更多的能量比辐射(实际上是我们当前的情况)。随着高水平辐射的一些多余的向下,所有的低水平表面热身。失衡必须持续到高水平的温暖和辐射更多的能量。在廷德尔的类比坝河,屏障扔在即将离任的辐射力量水平的温度都在上升,直到有足够的太阳辐射推出来平衡发送。

查理:一些额外的资源

• 雷皮埃安贝尔教授阐述了温室效应同时courdroy上坐在舒服的沙发上。
• 雷皮埃安贝尔教授阐述了温室效应在杂志上的一篇文章。
• 拉姆Benestad阐述了温室效应以教育的方式在一个杂志上。
• 一些更多的链接在这个话题。
• 对于一些模型与数字,查理可以试试大卫·阿切尔的网站,我想查理希望将结合MODTRAN模型和RRTM模型(我认为阿切尔教授这一事实不相结合表明,这将是一个相当重要的锻炼!)。

Answer 5

微弱的年轻的太阳悖论——温室气体如何保持一颗行星温暖:

地球形成于45亿年前的时候太阳发光比今天少30%左右以来稳步增长,基于太阳能发展的良好模型。简单的地球能量平衡模型表明,与今天类似的气氛,全球平均温度远低于冰点。然而,有至少38亿年前的沉积岩清楚地表明在液态水躺下休息的迹象。因此,一定让地球在其早期历史中温暖。罪魁祸首是\ ce{二氧化碳},美元可能\ ce{报警仪标定},美元可能出现在水平至少100倍的今天,和可能的更高。温室效应的另一个例子的力量\ ce{二氧化碳}是金星,美元有大气50倍的地球上,由97% $ \ ce{二氧化碳}$。表面温度达到500°C。

第四纪记录-太阳能强迫非线性反应:

这图显示了美元\三角洲^{18}\文本从底栖生物foraminfera {O} $记录保存在深海沉积物从过去的120万年里在7月21日在N65日晒(北半球夏季),从天体力学计算。美元\三角洲^ {O} ${18} \文本从底栖有孔虫是一个很好的代表冰盖体积(高美元\三角洲^{18}\文本{O} $ =高冰体积,反之亦然),所以我们看到的是,冰盖体积通常与相关太阳能强制。

然而,看起来越来越有问题。虽然在夏天的日晒,冰川的消失将以增加对应增加的大小并不总是相关的规模的冰川消失。特别是,V终止阶段显示了巨大的冰川的消失(最大的第四纪)在回应一个很小的太阳能强制。显然一些其他因素必须放大观察迫使信号产生变化。其次,我们观察到后期的第四纪glacial-interglacial振荡的主要时期大约是100000年。太阳能强制包含三个组件,偏心(100000和400000年时期),倾斜(41000年)和旋进(21000年)。如果你看每一个作用力分别的偏心迫使是迄今为止最弱的,但它是占主导地位的美元\三角洲^ {O} ${18} \文本记录。尽管尚不明显从这个图表(第四纪的前一半是没有显示)有一个开关在大约100万年前从一个占主导地位的冰期时期的40000年至100000年,但没有变化迫使模式。另外,请注意,在当下日晒还低,世界正在变暖。

下一个图显示大气美元\ mathrm{二氧化碳}$和$ \ mathrm{报警仪标定}从南极冰芯记录来衡量美元从过去的800000年里,除了文本\三角洲\ D{}美元记录为温度是一个很好的代理。有一个非常好的相关性美元\ mathrm{二氧化碳}$水平和温度,和良好的相关性与美元\ mathrm{报警仪标定}美元水平,特别是对于大的温度上升。

但是我们以前没有来过这里吗?

下图展示了美元\三角洲^ {O} ${18} \文本记录从过去6500万年。右边的温标只适用于一个无冰的世界(即之前~ 3000万年前(我不会去,除非你特别感兴趣的原因]),但总体趋势依然明显。有始新世以来逐渐冷却,一些变化。\ ce}{二氧化碳水平美元在始新世至少1000 ppmv(相比280 ppmv工业化前的水平,400 ppmv今天),这反映在温度和冰的缺乏。

你可能会说,这是把所有的问题什么\ ce}{二氧化碳进入大气层美元吗?关键的问题是不变化的大小,它的速度变化。变化\ ce}{二氧化碳浓度美元始新世发生了数百万年,给生活大部分时间发展应对不断变化的温度。然而,我们正在大量\ ce}{二氧化碳进入大气层美元在几百年,这是有截然不同的效果。我们最接近的模拟(古新世-始新世我们的现状是热。如果你仔细看看图你会看到美元飙升\三角洲^ {O} ${18} \文本记录在5500万年前。这对应于一个快速变暖约5 - 8°C和随后的冷却回以前的温度在一段约200000年。虽然没有显示在这个图,有一个相应的下降美元\三角洲^ {C} ${13} \文本记录,表明大量注入的二氧化碳到大气中,以美元的形式\ ce{二氧化碳}$和$ \ ce {CH4} $,导致温度快速上升由于温室效应。这非常类似于今天我们所做的,只有我们在做至少20倍左右。

结论:

太阳能强迫影响全球气温是一个因素,尤其是在最近的过去,但反应是高度非线性的,迫使单独解释观察到的变化是不够的。$ \ ce{二氧化碳}$和$ \ ce {CH4} $水平大气中与全球温度密切相关和突然的变化在这些水平在过去造成突然的温度变化。大气中水蒸气的量是温度的函数(参见@Pont优秀的回答),所以并不是一个有关强制增加温度(事实上云可能有轻微的负反馈效应,因为他们有一个非常高反照率)。

Answer 6

我认为你可以告诉,因为你足够聪明,可以首先问一个问题,答案是不够的,忽视大局。

没有观察到或证明温室气体效应在现实世界中。大气的重量仅给出了全球平均海平面的温度288度K,或14.85 c,这实际上是一个小比真正的全球表面平均温度变暖,因为并不是所有的表面是在海平面。没有增加的热量的温室效应,并知道你为什么需要深入研究热力学和量子力学。

在理论和试验所示,一个偶极分子能吸收长波辐射,引起振动和旋转,增加它的动能。然而,有限制多少能量长波辐射可以转移到一个分子;如果分子已经有一定程度的平动动能,长波辐射不会进一步激发分子。就像你从来没有看到一个100度的热板热空气甚至大于100度随着电炉继续发出红外辐射。

最多,犯错绝大多数,空气的动能来自气体分子的碰撞solar-warmed表面,和水蒸气潜热。其中大部分能量是翻译在低层大气分子碰撞和转移到对流层上层通过对流。

这是证明了地球每天晚上在干旱地区的性质。如撒哈拉沙漠,白天表面温度迅速上升。这是因为没有被转化为热能蒸发潜热的水,都是进入动能可以感觉温度。晚上,表面和空气迅速冷却热在气团垂直迁移,然后轻松地能量辐射到太空,没有可测量的温室气体变暖。事实上,撒哈拉沙漠失去更多的能量进入太空比每年接收来自太阳。这听起来有悖常理,这是衡量卫星已经经营了十多年。地球的气候主要是水。水的热容和能量传递力学的三个阶段完全颠覆了任何影响从长波辐射捐赠电子伏特的能量到大气中痕量气体。

https://stevengoddard.wordpress.com/2014/01/25/ir-expert-speaks-out-after-40-years-of-silence-its-the-water-vapor-stupid-and-not-the-co2/

或者,你也可以相信猜想,手臂挥舞,主要假设导致索赔,金星将只有-43华氏度没有“温室效应”。

https://geosci.uchicago.edu/ rtp1 /论文/ PhysTodayRT2011.pdf

Answer 7

这个问题的关键部分是“可以与大气CO2浓度有温室效应吗?“假设这是问“在当前水平,改变水平的温室气体二氧化碳可以证明导致地球的温度的变化?”(是的,这是一种温室气体,…但)。

答案是否定的。事实上相反的可以显示,“实验”是由天文学家每次练习做红外测量。有完全吸收的二氧化碳从基于地表的红外波段测量仪器数十年。无处不在,不仅在这个博客上,有很多讨论这个红外二氧化碳分子再次辐射,四面八方,这是真的。

然而,这些re-radiation可以到达地球,因为它遇到更大的浓度,即更高的吸收,在较低的水平。(注意,只有不到50%能直接回到地球,这%下降更大的高度re-radiation)。可以看到从基于地表的仪器(主要是在望远镜)测量零二氧化碳红外光谱的传播。这不能是零,如果它确实到达表面。

(这里有更长——太长——论点提出了第一章(加重要的是,它的附录)在我的网站“地球气候主题“@ pjcarson2015.wordpress.com。)