全球氣候變化（“全球變暖”）的原理是什麼？

全球變暖的機制所在——一種過量的溫室效應
[抑或說：“為什麼科學家普遍將之“歸罪”於例如二氧化碳之類的氣體，而不是其他的——比如氧氣？” ]
作者：Michael Ranney教授, Daniel Reinholz, Dr.Lloyd Goldwasser (同時謹向Ronald Cohen教授以及他的團隊表示感謝) 2010年10月，
加州大學伯克利由Boya Shirley Hu和Lisa Zhang翻譯，並包括Alana Tran, Wenjie Gan, Emily Yan, Lee Nevo Lamprey和Michael Ranney的幫助


科學家們普遍認定人類活動正在持續影響著地球的大氣層並且與此同時讓地球的平均氣溫日益升高。那麼究竟是什麼造成了這些氣候變化呢？

首先，讓我們嘗試理解——除卻人類活動的影響，地球的“正常”氣溫是如何保持的：每當地球吸收來自太陽的光，其中絕大多數為我們所說的可見光，地球便開始產熱。與太陽一致的是​​，地球也會向外產生輻射——然而由於地球表面的溫度遠低於太陽的表面溫度，地球所輻射出的是低能量輻極的紅外光。大氣中的溫室氣體（例如甲烷，二氧化碳等等）會允許可見光直接穿透，然而於此同時吸收紅外光的能量——這也就是致使大氣層不斷升溫的原因了。隨著大氣層氣溫的升高，它會輻射出更多的紅外光，而這些紅外光，在它們最終重返宇宙空間之前，可能將來回不斷地在我們的大氣層內被吸收與釋放。其實也正是這些能量，通過在大氣層逗留的這段時間內，幫助了地球保持其適宜生命居住的溫度。 （作為橫向對比，月球並沒有大氣層存在，繼而使它的平均表面溫度比地球相對較低。）

自從1750年的工業化時代開始以來，直至今日，大氣層中的二氧化碳顯著增長了40%，而甲烷，更是激增了150%。這些溫室氣體的大幅增加直接導致了超額的紅外光被不斷地吸收，也致使地球的溫度超過了其應有的正常溫度範疇(縱使來自太陽輻射的能量自始至終維持在一個不變的維度)。換而言之，那些到達地球的能量變得更加難以離開，這便導致了地球平均氣溫的不斷上升——從而造成了全球氣候變化。

[而從微觀的粒子角度來看，由於溫室氣體的分子振動產生了不對稱的電荷分佈，這些電荷分佈的能量層級與紅外光波長的能級相吻合，從而使得這些溫室氣體得以吸收紅外光。反之，那些非溫室氣體（例如氧氣與氮氣），因為它們的分子振動時所產生的是對稱的電荷分佈，所以它們並不吸收紅外光。 ]

作為總結：（1）地球能夠吸收絕大多數它所接收到的太陽光；（2）地球繼而將這些所吸收的光能以紅外光的形式進行輻射；（3）在這些紅外光能夠逃逸大氣層之前，它們將大量被溫室氣體所吸收；（4）由於被溫室氣體吸收，這些紅外光的能量重返宇宙空間的速率被大幅放緩；（5）這些能量的緩慢流通最終使大氣層，水圈，以及地表的溫度都有所上升。而我們人類，由於對大氣層中溫室氣體的大量排放，間接加速了大氣層對紅外光更多的吸收，也繼而導致了地球的不斷升溫以及一定程度的對全球範圍氣候特徵的破壞。

簡而言之：地球將來自太陽的可見光轉化成為紅外光，這些紅外光所帶的能量，出於溫室氣體的大量吸收，只能夠相對緩慢地離開地球。隨著人類排放的溫室氣體的增加，這些能量離開地球的速率也日益減緩——從而使得地球的溫度不斷攀升。

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