叶玉荣 王明召

温室气体是怎样捕获热量并使我们的地球维持在一个相对适宜的温度区间？在某种程度上，这个问题的答案在于分子如何对具有能量的光子做出反应，这是个复杂的话题。不过即便如此，我们也可以提供足够的基本知识，让你能理解温室气体如何在大气层中起作用。同时，我们会剖析一些气体为什么不捕获热量。

在介绍有关臭氧层的内容中，我们已经讨论了紫外光(UV)与分子之间的相互作用，现在以它作为这个话题的开始。电磁光谱中紫外区的光子有足够的能量破坏一些共价键，特别是远紫外区(UV-C)的光子，它可以使氧气分子中的化学键断裂，而能量较低的中紫外区(UV-B)的光子则可以使臭氧分子中的化学键断裂。换一种说法，臭氧和氧气都能吸收紫外辐射，当出现这种吸收时，氧氧键断裂。

幸运的是，红外辐射光子的能量不足以使化学键断裂，但它可以为分子振动提供能量。只有某些振动才可能产生红外吸收，这与分子结构有关。分子吸收的红外光子的能量必须严格与它的振动能量相一致。这就意味着：不同分子吸收不同波长的红外辐射，发生不同能量的振动。

图1 CO2的分子振动模型

(每一个弹簧代表一个C=O双键。a和b是伸缩振动，c和d是弯曲振动。)

我们以CO2分子为例来阐述这个问题，图1表示每一个CO2分子持续振动的4种模式。其中球代表原子，弹簧代表共价键，箭头代表振动过程中每一个原子的运动方向，原子沿箭头方向前后运动。……