地球温室气体的作用原理温室气体有哪些( 二 ) _温室气体

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大气分层及温度变化
热层的温度很高，但与温室气体没多大关系，它是由太阳辐射能量电离大气粒子造成的。大气层的中间层非常寒冷，尽管这里的空气密度远高于热层，但缺乏温室气体。
平流层上方有丰富的臭氧，它分吸收太阳高能辐射并将其转化为自身振动的能量，将高能紫外线和X射线辐射能转化为热能，从而保护了地面的生灵。
你也许注意到了，所谓的温室气体分子多是以三个以及三个以上原子组成，单个原子（比如氩气）和双原子（氮气和氧气）不是温室气体。这是因为三原子组成的气体分子在被光照射时，有更复杂的振动模式，因而可以产生更多的热量。
分子振动空气中存在极微量的单原子气体，比如氩、氖等惰性稀有气体，在高层大气，还有被电离的氧、氢等，这些气体在极高能量的X射线、极紫外线等等照射下会因原子振动加剧而对外辐射能量。但这些气体极其稀薄，不能被称为温室气体。
占大气78.084％的氮气（N?）和占20.947％的氧气（O?）是双原子气体分子，它们由两个原子通过共价键组成稳定的分子。其中氮气分子由两个通过强（短）三键连接的氮原子（N）紧密组成：

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氮气分子的三键连接
氧气分子由两个通过强（短）双键连接的氧原子（O）组成：

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氧气分子的双键连接
由于氮气和氧气都是由强键连接，其结构稳定，那些穿过了大气层的光子能量通常不足以激发它们振动；当它们被光子激发时，分子仅在轴向上发生极轻微的线性振动，两个原子间像是连着一根硬弹簧，它们只是稍稍靠近又稍稍远离，因此氮气和氧气基本不对外辐射热能，也不被认为是温室气体。
拥有3个或更多原子的分子可以以更复杂的模式振动。单个分子可以以各种方式振动；这些不同运动中的每一个被称为一种振动“模式” 。二氧化碳（CO?）分子具有三种不同的振动模式，如下图所示：

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二氧化碳分子的三种振动模式
二氧化碳分子由中心的碳原子（C）与两个具有弱（长）双键的氧原子（O）连接组成，分子中的电荷非对称分布，与氮气和氧气相比，二氧化碳的原子键就像是一根细弹簧，松弛且柔软。具有更多（和更复杂的！）振动模式的分子更可能与通过的电磁辐射波相互作用，这就是二氧化碳吸收和发射红外（IR）辐射的原因，而氮和氧分子却没有。这种吸收红外波的能力使二氧化碳成为温室气体。
水蒸气（H?O）分子也具有与二氧化碳相似的振动模式，使其与通过的IR波相互作用。不同的是水分子是一种极性分子，它比二氧化碳更复杂，因此水蒸气是一种比二氧化碳更强的温室气体。
甲烷（CH?）是在地球大气层中少量存在的气体，又被称为天然气。甲烷分子是最简单的碳氢化合物，其中间是单个碳原子（C），被四个相等距离的氢原子（H）包围，通过弱（长）单键连接。

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甲烷的分子结构
甲烷是一种比二氧化碳更强大的温室气体，它的化学键有更多更复杂的振动模式，因此甲烷可以吸收更多的电磁波能量再将其辐射出去。
总结：我们的地球从太阳获取绝大部分的能量，通过分子的振动将其转化为热能辐射出来。从宏观角度，地球吸收和对外辐射的能量是相等的。
由于地球大气层中有温室气体，有相当一部分能量被保留在地面附近进行热循环，这为地球生命的产生和繁衍创造了条件。
单原子和双原子气体不成为温室气体，这是由其受辐射后的振动模式决定的，双原子气体如氮气、氧气等的键合强大，它们不容易受激发产生振动。
二氧化碳、水蒸气、臭氧和甲烷等气体由三个以及三个以上原子构成，它们的化学键长且弱，并且电荷分布不均，在红外线的激发下，这些气体再容易发生共振现象，分子通过振动又向外辐射热能，使得这些气体可以更有效地保存和传递热量。