Kuantum Olgusu Küçük Molekülün Küresel Isınma Üzerindeki Büyük Etkisini Açıklıyor

1856 yılında, tarihin neredeyse unuttuğu Amerikalı bir bilim insanı olan Eunice Foote, minicik, şeffaf bir molekül olan karbondioksitin ısıyı emme konusundaki olağanüstü yeteneğini keşfetti.

Basit bir deneyden hareketle, CO2 içeren bir atmosferin "Dünyamıza daha yüksek bir sıcaklık vereceği" sonucuna vardı- küresel ısınmanın destekleyici gücünü tanımladı ve gezegenimizi neyin sıcak tuttuğuna dair daha önceki düşüncelere moleküler bir mekanizma sağladı.

Şimdi, 160 yıldan fazla bir süre sonra, bilim insanları olayın aslının daha farklı olduğunu fark ettiler. CO2'nin ısıyı hapsetmede bu kadar iyi olmasının nedeni, esasen üç atomlu molekülün Güneş'ten gelen kızılötesi radyasyonu emerken titreşme şekline dayanıyor.

"Harvard Üniversitesi'nden gezegen bilimci Robin Wordsworth ve meslektaşları yeni ön baskılarında şöyle yazıyor: "Sıradan üç atomlu bir moleküldeki görünüşte tesadüfi bir kuantum rezonansının, jeolojik zaman içinde gezegenimizin iklimi üzerinde bu kadar büyük bir etkiye sahip olması ve ayrıca insan faaliyeti nedeniyle gelecekteki ısınmasını belirlemeye yardımcı olması dikkat çekicidir."

Belirli dalga boylarında gelen ışık ışınlarıyla vurulduğunda, CO2 molekülleri beklediğiniz gibi sabit bir birim olarak sallanıp durmaz. Aksine, iki oksijen tarafından kuşatılmış bir karbon atomundan oluşan CO2 molekülleri belirli şekillerde bükülür ve gerilir.

Aşağıdaki diyagramda görebileceğiniz gibi, iki oksijen atomu dışa doğru gerilebilir ve merkezi karbon atomu bunu takip edebilir veya etmeyebilir ya da karbon atomu molekülün ana ekseni etrafında dönerek onu bükebilir.

Bu titreşim modellerinden ikisinde tesadüfi bir hizalanma, CO2 moleküllerinde Fermi rezonansı adı verilen bir tür kuantum uğultusu yaratır ve bu da moleküllerin daha fazla titreşmesine neden olabilir.

Wordsworth'ün New Scientist'ten Alex Wilkins'e verdiği röportajda açıkladığı gibi, bu da CO2 tarafından emilen radyasyon aralığını genişletiyor. "Karbondioksitin neden önemli bir sera gazı olduğunu anlamak için gerçekten kritik olan bu genişlemedir" dedi.

Fermi rezonansını aynı ipe bağlı iki ağırlıktan oluşan bir sarkaç gibi düşünebilirsiniz: sallandıkça birbirlerinin hareketinin genliğini artırmak için çalışırlar.

Son zamanlarda yapılan başka çalışmalarda CO2'nin Fermi rezonansının, radyatif zorlama olarak da bilinen toplam ısınma etkisinin yaklaşık yarısına katkıda bulunduğu tahmin edilmektedir.

Ancak CO2'nin temel özelliklerinden yola çıkan Wordsworth ve meslektaşları, moleküler spektroskopi (moleküllerin soğurma şekilleri) ve iklim fiziğini harmanlayan bir dizi denklem kullanarak molekülün titreşim durumları ile sonradan hapsettiği ekstra ısı arasındaki etkileşimleri tanımladılar.

Wordsworth ve meslektaşları, meslektaş değerlendirmesinden önce arXiv'de yayınlanan ön baskılarında, "Bu sonuç, eğer böyle bir kanıta ihtiyaç duyulsaydı, küresel ısınma ve iklim değişikliği fiziğinin kaya gibi sağlam temeline dair daha fazla kanıt sağlar" diye yazıyor.

Ekip, CO2'nin Dünya'yı nasıl ısıttığına dair basit bir açıklama sunmanın yanı sıra, denklemlerinin bilim insanlarının yabancı iklimleri anlamak için diğer gezegenlerin atmosferlerinde tespit edilen farklı sera gazı karışımlarının ısınma potansiyelini hızlı bir şekilde tahmin etmelerine de yardımcı olabileceğini söylüyor.

Araştırmacılar, "Bu, sezgiyi artırmanın ve karmaşık iklim modellerinin sonuçlarına gerçeklik kontrolü sağlamanın özellikle yararlı bir yolu olabilir" diyor.

 

Bununla birlikte, hesaplamaları CO2'nin metan gibi ısıyı hapseden diğer sera gazlarıyla örtüşmesini ya da güneş ışığını yansıtan bulutların ışınımsal etkilerini içermemektedir, bu nedenle biraz ufak değişiklik yapılması gerekebilir.

 

Bu haliyle ekibin çalışması, hayatlarımızın bağlı olduğu ölümcül molekül olan minicik, şeffaf CO2'ye yeni bir değer kazandırıyor.

 

Araştırmacılar, "CO2'nin kuantum yapısındaki küçük farklılıklarla bu rezonansın değişebileceği veya engellenebileceği ve gezegenimizin ikliminin geçmiş ve gelecekteki evriminin çok farklı olacağı hayal edilebilir" sonucuna varıyor.

Bu içerik SCIENCEALERT’de yayınlanmıştır.