Pagrindinis klausimas buvo logaritminio šiltnamio efekto mastelio kilmė – temperatūros kilimas nuo 2 iki 5 laipsnių, kuris, modelių prognozėmis, įvyks kiekvieną kartą padvigubėjus CO.2. Viena teorija teigė, kad mastelis atsiranda dėl to, kaip greitai temperatūra nukrenta didėjant aukščiui. Tačiau 2022 m. mokslininkų komanda naudojo paprastą modelį, kad įrodytų, jog logaritminis mastelis atsiranda dėl anglies dioksido sugerties „spektro“ formos – kaip jo gebėjimas sugerti šviesą kinta priklausomai nuo šviesos bangos ilgio.
Tai grįžta į tuos bangos ilgius, kurie yra šiek tiek ilgesni arba trumpesni nei 15 mikronų. Kritinė detalė yra ta, kad anglies dioksidas blogiau, bet ne daug blogiau, sugeria šviesą tokiais bangos ilgiais. Absorbcija mažėja abiejose smailės pusėse tinkamu greičiu, kad susidarytų logaritminis mastelis.
„To spektro forma yra labai svarbi“, – sakė Kalifornijos Berklio universiteto klimato fizikas Davidas Rompsas, vienas iš 2022 m. „Jei jį pakeisite, negausite logaritminio mastelio.
Anglies spektro forma yra neįprasta – dauguma dujų sugeria daug siauresnį bangos ilgių diapazoną. „Mano mintyse kilo klausimas: kodėl jis turi tokią formą? – pasakė Rompsas. „Bet aš negalėjau prikišti piršto”.
Pasekmingi judesiai
Wordsworthas ir jo bendraautoriai Jacobas Seeley ir Keithas Shine'as kreipėsi į kvantinę mechaniką, norėdami rasti atsakymą.
Šviesa susideda iš energijos paketų, vadinamų fotonais. Tokios molekulės kaip CO2 gali juos sugerti tik tada, kai paketai turi tiksliai reikiamą energijos kiekį, kad molekulė pakiltų į kitą kvantinę mechaninę būseną.
Anglies dioksidas paprastai yra „pagrindinėje būsenoje“, kur trys jo atomai sudaro liniją su anglies atomu centre, vienodu atstumu nuo kitų. Molekulė taip pat turi „sužadinimo“ būsenas, kai jos atomai banguoja arba svyruoja.
15 mikronų šviesos fotonas turi tikslią energiją, reikalingą tam, kad anglies atomas suktųsi aplink centrinį tašką tam tikru hula-lantiniu judesiu. Klimato mokslininkai jau seniai kaltino šią „hula-loop“ būseną dėl šiltnamio efekto, tačiau, kaip tikėjosi Ångström, norint pasiekti reikia per daug tikslaus energijos kiekio, nustatė Wordsworthas ir jo komanda. Hula-hoop būsena negali paaiškinti santykinai lėto fotonų, esančių toliau nuo 15 mikronų, absorbcijos greičio mažėjimo, todėl ji negali paaiškinti klimato kaitos.
Jie nustatė, kad raktas yra kitokio tipo judėjimas, kai du deguonies atomai nuolat juda link anglies centro ir toliau nuo jo, tarsi ištempdami ir suspausdami juos jungiančią spyruoklę. Šiam judėjimui reikia per daug energijos, kad jį sukeltų patys Žemės infraraudonieji fotonai.
Tačiau autoriai nustatė, kad tempimo judesio energija yra tokia beveik dvigubai didesnė nei hula-lantinio judesio, kad abi judesio būsenos susimaišo viena su kita. Egzistuoja specialūs dviejų judesių deriniai, kuriems reikia šiek tiek daugiau ar mažiau nei tiksli hula-loop judesio energija.
Šis unikalus reiškinys vadinamas Fermio rezonansu garsaus fiziko Enrico Fermi vardu, kuris jį išvedė 1931 m. Tačiau šį ryšį su Žemės klimatu pirmą kartą Shine'as ir jo mokinys paskelbė praėjusių metų publikacijoje, o šį pavasarį šis dokumentas yra pirmasis, kuriame jis buvo visiškai atidengtas.