Fenômeno quântico explica o enorme impacto da molécula minúscula no aquecimento global: WebCuriosos

Em 1856, uma cientista americana que a história quase esqueceu, Eunice Foote, descobriu a habilidade extraordinária de uma molécula pequenininha e transparente, o dióxido de carbono, para absorver calor.

A partir de um experimento simples, ela deduziu corretamente que uma atmosfera contendo CO₂ “daria à nossa Terra uma temperatura mais elevada” – descrevendo a força motriz do aquecimento global e fornecendo uma mecanismo molecular para reflexões anteriores sobre o que mantém nosso planeta aquecido.

Agora, mais de 160 anos depois, os cientistas perceberam que há mais nesta história. A razão pela qual o CO₂ é tão bom em reter calor se resume essencialmente à maneira como a molécula de três átomos vibra ao absorver a radiação infravermelha do Sol.

“É notável”, disse Robin Wordsworth, cientista planetário da Universidade de Harvard, e colegas. escreva em sua nova pré-impressão“que uma ressonância quântica aparentemente acidental em uma molécula comum de três átomos teve um impacto tão grande no clima do nosso planeta ao longo do tempo geológico e também ajudará a determinar seu aquecimento futuro devido à atividade humana.”

Quando atingido por raios de luz em certos comprimentos de onda, CO₂ as moléculas não se agitam apenas como uma unidade fixa como você poderia esperar. Em vez disso, CO₂ moléculas – que são compostas por um átomo de carbono flanqueado por dois oxigênios – dobram-se e esticam-se de certas maneiras.

Como você pode ver no diagrama abaixo, os dois átomos de oxigênio podem se esticar para fora e o átomo de carbono central pode ou não seguir, ou o átomo de carbono pode girar em torno do eixo principal da molécula, dobrando-a.

Um alinhamento casual em dois desses padrões vibracionais cria um tipo de zumbido quântico no CO₂ moléculas chamadas Ressonância de Fermio que pode fazer as moléculas vibrarem mais.

Por sua vez, isso amplia a gama de radiação que é absorvida pelo CO₂como Wordsworth explicou em entrevista com Novo Cientista Alex Wilkins. “É esta ampliação que é realmente crítica para entender por que o dióxido de carbono é um importante gás de efeito estufa”, disse ele.

Você pode pensar na ressonância de Fermi como um pêndulo composto por dois pesos conectados à mesma corda: à medida que balançam, eles trabalham para aumentar a amplitude do movimento um do outro.

Outros estudos recentemente estimado que a ressonância de Fermi do CO₂ contribui com cerca de metade do seu efeito de aquecimento total, também conhecido como forçamento radiativo.

Mas começando com as propriedades fundamentais do CO₂Wordsworth e colegas descreveram as interações entre os estados vibracionais da molécula e o calor extra que ela posteriormente retém usando uma série de equações que combinam moléculas moleculares. espectroscopia (os padrões de absorção das moléculas) e física climática.

“Este resultado fornece mais provas, se tais provas fossem necessárias, da base sólida da física do aquecimento global e das alterações climáticas”, Wordsworth e colegas escrever em sua pré-impressão, que foi publicada no arXiv antes da revisão por pares.

Além de fornecer uma explicação simples de como o CO₂ aquece a Terra, a equipe diz que suas equações também podem ajudar os cientistas a fazer estimativas rápidas do potencial de aquecimento das diferentes misturas de gases de efeito estufa detectadas nas atmosferas de outros planetas, para compreender seus climas estranhos.

“Esta pode ser uma forma particularmente útil de aumentar a intuição e fornecer uma verificação da realidade nos resultados de modelos climáticos complexos”, afirmam os investigadores. sugerir.

No entanto, seus cálculos não incluem qualquer sobreposição de CO₂ com outros gases com efeito de estufa que retêm o calor, como o metano ou os efeitos radiativos das nuvens, que também reflectem a luz solar, pelo que poderão necessitar de mais alguns ajustes.

Tal como está, o trabalho da equipa instila uma nova apreciação do CO2 pequenininho e transparente – a molécula fatídica da qual as nossas vidas dependem.

“Pode-se imaginar que com pequenas diferenças na estrutura quântica do CO₂esta ressonância poderia ser alterada ou inibida, e a evolução passada e futura do clima do nosso planeta seria muito diferente”, afirmam os investigadores. concluir.

O estudo foi aceito para publicação em uma próxima edição do O Jornal de Ciência Planetária. Até então, você pode ler o versão pré-impressa em arXiv.org.