Climate Questions: Как углекислый газ улавливает тепло?

Учёным известно, что углекислый газ (CO₂) и другие парниковые газы улавливают тепло, уже более 150 лет. Основная концепция, лежащая в основе изменения климата, достаточно проста, чтобы её могли воспроизвести школьники на уроках химии и физики. CO₂, метан (CH₄) и другие газы задерживают солнечное тепло, которое в противном случае ушло бы обратно в космос. Без этого естественного парникового эффекта Земля была бы ледяной.

Однако сейчас этот эффект усилен выбросами углерода. Тепло от солнца проходит через атмосферу, а затем отражается в виде инфракрасного излучения. Часть этого излучения задерживается молекулами воды, CO₂ и CH₄ в атмосфере. В 1820-х годах Жозеф Фурье предположил, что атмосфера сохраняет тепло, а позже Джон Тиндалл (1862) и Сванте Аррениус (1896) идентифицировали ключевые газы и рассчитали влияние CO₂ на климат.

Почему же небольшие изменения в концентрации CO₂ так важны? Уровень CO₂ в атмосфере сейчас составляет около 420 ppm по сравнению с 280 ppm до промышленной революции, а средняя температура планеты выросла примерно на 1.1 °C. Как объясняет климатолог Майкл Манн, молекулы CO₂ блокируют определённые длины волн инфракрасного излучения, пытающегося покинуть Землю. Он приводит аналогию с каплей чёрных чернил (0.4%) в стакане воды, которая заметно меняет её цвет, показывая, как небольшое количество активных молекул может оказывать мощное влияние.