El fenómeno cuántico explica el enorme impacto de pequeñas moléculas en el calentamiento global: ScienceAlert

En 1856, una científica estadounidense casi olvidada por la historia, Eunice Foote, descubrió la extraordinaria habilidad de una diminuta molécula transparente, el dióxido de carbono, para absorber el calor.

De un simple experimento dedujo correctamente que una atmósfera que contiene CO₂ “le daría a nuestra Tierra una temperatura más alta”, describiendo la fuerza impulsora del calentamiento global y proporcionando una mecanismo molecular a las reflexiones anteriores sobre lo que mantiene caliente nuestro planeta.

Ahora, más de 160 años después, los científicos se han dado cuenta de que hay más en esta historia. La razón por la cual el CO₂ es tan bueno para atrapar el calor que esencialmente todo se reduce a cómo vibra la molécula de tres átomos mientras absorbe la radiación infrarroja del Sol.

«Es extraordinario», dijeron el científico planetario de la Universidad de Harvard Robin Wordsworth y sus colegas. escribir en su nueva preimpresión«Que una resonancia cuántica aparentemente accidental en una molécula de tres átomos ordinaria ha tenido un impacto tan grande en el clima de nuestro planeta a lo largo del tiempo geológico, y también ayudará a determinar su calentamiento futuro debido a la actividad humana».

Cuando es impactado por rayos de luz entrantes en ciertas longitudes de onda, CO₂ las moléculas no oscilan simplemente como una unidad fija como cabría esperar. Más bien, CO₂ las moléculas, que están formadas por un átomo de carbono flanqueado por dos oxígenos, se doblan y estiran de determinadas maneras.

Como puede ver en el diagrama a continuación, los dos átomos de oxígeno pueden estirarse hacia afuera y el átomo de carbono central puede seguirlos o no, o el átomo de carbono puede girar alrededor del eje principal de la molécula, doblándola.

Una alineación aleatoria en dos de estos patrones vibratorios crea una especie de zumbido cuántico en el CO₂ llamadas moléculas resonancia de fermilo que puede hacer que las moléculas vibren más.

A su vez, esto amplía el rango de radiación que es absorbida por el CO.₂como Wordsworth explicado en una entrevista con El nuevo científico Álex Wilkins. «Esta ampliación es realmente crítica para comprender por qué el dióxido de carbono es un importante gas de efecto invernadero», afirmó.

Puedes pensar en la resonancia de Fermi como una Péndulo formado por dos pesas. conectados a la misma cuerda: mientras se balancean, trabajan para aumentar la amplitud del movimiento de cada uno.

Otros estudios han estimado recientemente que la resonancia de Fermi del CO₂ contribuye aproximadamente con la mitad de su efecto de calentamiento total, también conocido como forzamiento radiativo.

Pero partiendo de las propiedades fundamentales del CO₂Wordsworth y sus colegas describieron las interacciones entre los estados vibratorios de la molécula y el calor adicional que posteriormente atrapa usando una serie de ecuaciones que fusionan espectroscopia (los modelos de absorción de moléculas) y la física del clima.

«Este resultado proporciona evidencia adicional, si tal evidencia fuera necesaria, de la base sólida de la física del calentamiento global y el cambio climático», Wordsworth y sus colegas. escribir en su preimpresión, que se publicó en arXiv antes de la revisión por pares.

Además de proporcionar una explicación sencilla de cómo CO₂ calienta la Tierra, el equipo dice que sus ecuaciones también podrían ayudar a los científicos a hacer estimaciones rápidas del potencial de calentamiento de diferentes mezclas de gases de efecto invernadero detectadas en las atmósferas de otros planetas, para comprender sus climas extraños.

«Esta podría ser una forma particularmente útil de aumentar la intuición y proporcionar control en el mundo real sobre los resultados de modelos climáticos complejos», explican los investigadores. sugerir.

Sin embargo, sus cálculos no incluyen ninguna superposición de CO.₂ con otros gases de efecto invernadero que atrapan calor, como el metano o los efectos radiativos de las nubes, que también reflejan la luz del sol, por lo que es posible que necesiten modificaciones adicionales.

Tal como están las cosas, el trabajo del equipo inculca una nueva apreciación del CO2 diminuto y transparente, la molécula fatal de la que dependen nuestras vidas.

«Se puede imaginar que con pequeñas diferencias en la estructura cuántica del CO₂Esta resonancia podría cambiarse o inhibirse, y la evolución pasada y futura del clima de nuestro planeta sería muy diferente», afirman los investigadores. para concluir.

El estudio ha sido aceptado para su publicación en una futura edición de La revista de ciencias planetarias. Hasta entonces, puedes leer el versión preimpresa en arXiv.org.