为什么二氧化碳是温室气体，而氨不是?

Question

为什么有些气体是温室气体，而有些不是?

我确实在网上搜索过，但没有得到任何明确/可信的答案。

臭氧、水蒸气、氯氟烃和甲烷究竟有什么共同的特性，使它们都成为温室气体?

Answer 1

一种分子气体是一种很好的红外吸收剂，如果它有几个原子(而不是只有两个，像O₂和N₂)或是否为异核(例如CO和NO)。这种类型的分子排列允许吸收更多的红外能量，因为有更多振动状态这是可能的。是的，氨符合这种描述，但它在大气中寿命不长，分布也不广泛。所以，尽管氨是良好的红外吸收器，它不是一种重要的温室气体。

大气中的氨是非常活泼的，在溶液中(例如在云滴中)会形成硝酸盐和硫酸盐。因此，氨在大气中的存在时间很短，而大多数重要的温室气体都是长期存在的，不具有活性。在全球变暖的讨论中，你可能会把氨与净冷却效应联系起来，因为颗粒(云/雾霾)的形成增加了地球的反照率(将光散射回太空)。

Answer 2

温室气体的共同特征是吸收和散射红外线。

当来自太阳的能量无法再次逸出时，就会产生温室效应。太阳发出的光主要是可见光谱，还有一些紫外线和红外线，其中大部分被地球吸收。这导致地球升温，进而释放出它自己的黑体辐射，在地球表面的温度下，黑体辐射主要是红外线。这种向外的辐射是地球冷却自己的唯一方法，而地球表面的稳定温度是地球黑体辐射的辐射能量与被吸收的太阳入射能量(加上地球核心释放的相对非常小的能量)完全匹配的。

温室气体是一种允许更少的红外线返回太空，导致红外线被重新吸收，从而提高地球温度的气体。类似地，任何主要阻挡可见光或紫外光的气体都有冷却效应，因为它阻挡来自太阳的能量比来自地球的能量更多。

在这里是一篇论文，里面有一张很好的图表展示了几种气体的吸收光谱。值得注意的是，水蒸气是一种比二氧化碳更强的温室气体，但由于它在大气中的浓度在很大程度上受温度的影响，它作为一种我们产生的废物而不是一种正反馈机制。

只要温室气体存在于大气中，它们就会产生影响。甲烷是一种著名的温室气体，其在100年内的升温潜能值约为二氧化碳的30倍，但在20年内，其升温潜能值是二氧化碳的86倍。在很长一段时间内的巨大差异是因为二氧化碳非常稳定，而甲烷在大气中的寿命只有12年。

氨在大气中的寿命只有一周。 主要原因是氮-氢键的高度反应性。这些化学键往往很弱，在炸药中很常见，因为它们分解得很快。我错了，主要原因是氨是高水溶性的，所以很快就会在雨中下降，也很容易被植物吸收．N-H键并不是特别弱，但氮倾向于处于极其稳定的N2态。这些形式的化学键之间的强度差异是氮化合物具有爆炸性的原因。

由于氨在大气中的存在时间很短，它的有效全球变暖潜能值为零，尽管它吸收了正确频率的红外辐射，否则就会成为温室气体。

编辑:我还应该说，既然你在你的问题中提到了氯氟烃和臭氧:氯氟烃不是一种温室气体，它们会侵蚀臭氧层。臭氧层本身与温室效应没有什么关系，而是阻止了对地球上生物有害的紫外线(例如，会导致皮肤癌)。由于臭氧阻挡紫外线，它是一种使地球冷却而不是变暖的气体，尽管我不确定这种作用有多大。我想不是很好，因为我从来没见过有人提起过。

Answer 3

气体通常被认为是A温室气体（温室气体)，但须同时符合以下两项条件:

1. 温室气体分子被吸收并释放电磁辐射在红外(红外)范围．温室气体分子可以这样做，因为它们有振动状态在吸收红外能级(~1-1600 meV)的光子时可以储存能量，特别是吸收红外能级子集(长波或热红外)在地球上最常见(~80-160 meV)。
2. 在地球大气中发现的温室气体分子数量足够大，足以产生显著的温室气体辐射强迫(这是“温室效应”的首选说法)。这可能是因为这种气体的来源很大，或者这种气体在大气中积累的时间足够长，或者两者兼而有之。

就像任何分类一样，这有点武断:任何两个科学家都可能对任何给定条件下什么算足够的吸收或积累持不同意见大气物种．但实际上，地球科学界倾向于同意这一观点。

氨(NH_3.)分子吸收红外线效果好，所以它们满足条件1，但它们也是非常易反应的，特别是在水溶液中(如云滴中)。因此，它们存活的时间不够长，无法积累，因此不符合条件2。

相比之下，臭氧(O_3.)、水蒸气(H₂O)，甲烷(CH₄)和氟氯化碳(是一组物种)通常都被认为符合这两个条件。