Q &Seria Pytałeś

Pytałeś: jak dwutlenek węgla dostaje się tak wysoko do atmosfery?

by Charlotte Munson/wrzesień 23, 2020

wrzesień 21-27 to tydzień klimatu w Nowym Jorku. Dołącz do nas w serii wydarzeń online i postów na blogu poświęconych kryzysowi klimatycznemu i wskazujących nam działania. W tym tygodniu poświęcamy naszą serię you Asked, aby odpowiedzieć na pytania czytelników związane ze zmianami klimatycznymi.

następujące pytanie zostało zadane przez czytelnika, a odpowiedź pochodzi od naukowca ds. klimatu Ángela Muñoza.

p:

Jak CO2 dostaje się wysoko do atmosfery? Przy ciężarze właściwym około 1,5 powinien spaść na ziemię, gdy stygnie podczas wznoszenia. Linie lotnicze mówią nam, że jest -40 stopni na wysokości 30 000 stóp. Więc dlaczego lub jak to jest, że niektóre CO2 działa swoją drogę do górnej atmosfery?

A:

Ángel Muñoz jest pracownikiem naukowym w Międzynarodowym Instytucie Badawczym ds. klimatu i społeczeństwa i kieruje latynoamerykańskim komponentem projektu Columbia World „adaptacja rolnictwa do klimatu dziś, na jutro” (ACToday). Jest również oddanym koneserem wina i jest tu przedstawiony z winogron Carménère w Chile.

dwutlenek węgla jest gazem. Gęstość gazu wzrasta wraz z coraz zimniejszymi temperaturami. Ponieważ temperatury spadają, gdy osiągamy wyższe wysokości, gazy stają się gęstsze na wyższych wysokościach. Gęstsze obiekty mają tendencję do opadania, ściągane przez grawitację. (Faktycznie to siła grawitacji przyciągająca cząsteczki gazu ku powierzchni Ziemi jest tym co utrzymuje naszą atmosferę.) Różne gazy mają również różne masy cząsteczkowe. CO2 jest cięższy od tlenu, więc możemy się spodziewać, że każda cząsteczka CO2 zatonie pod warstwą cząsteczek tlenu. Uogólniając tę ideę do innych gazów w powietrzu, możemy wywnioskować, że doprowadziłoby to do idealnie stratyfikowanej atmosfery z oddzielnymi warstwami każdego rodzaju gazu.

możemy zobaczyć przykład warstwowej atmosfery wewnątrz butelki wina. Gdy butelka jest zamknięta, powietrze między powierzchnią wina a dnem korka zawiera zarówno tlen, jak i CO2. Ponieważ CO2 jest cięższy od tlenu, grawitacja zmusza cząsteczki CO2 do utworzenia „warstwy” pod cząsteczkami tlenu, pomagając oddzielić wino od tlenu. Pożądane właściwości wina, taki smak i zapach, zaczynają się zmieniać, gdy ciecz jest w pełni narażona na działanie tlenu. Bez rozwarstwienia wewnątrz zamkniętej butelki nie mielibyśmy tej poduszki CO2, aby chronić wino przed tlenem, dając nieotwarte wino o wiele krótszy okres przydatności do spożycia lub nawet zamieniając je w ocet z czasem.

atmosfera ziemska nie jest jak powietrze wewnątrz zamkniętej butelki wina. Gazy atmosferyczne są dobrze wymieszane, nie stratyfikowane. Wynika to z siły dyfuzji. Cząsteczki gazu chcą się poruszać i będą się rozszerzać, wypełniając objętość, w której są zawarte. Zamknięte w szczelnie zamkniętym pojemniku, takim jak zakorkowana butelka wina w stałej temperaturze około 52-57 stopni F, gazy nie mają miejsca lub wystarczająco dużo „podniecenia”, aby się rozwinąć i poruszać. Osadzają się w warstwach opartych głównie na masie cząsteczkowej. Jednak Atmosfera Ziemi jest znacznie bardziej ekspansywna niż butelka wina. CO2 nie rozkłada się aż do około 80 kilometrów od powierzchni ziemi, dając gazom atmosferycznym ogromną przestrzeń do zajęcia. Wzbudzone przez ciepło promieniujące ze Słońca do atmosfery, cząsteczki poruszają się szybko. Gdy uderzają w siebie (na przykład w temperaturze 63 Stopni F, cząsteczki CO2 zderzają się ze sobą około 7 miliardów razy na sekundę), cząsteczki gazu mieszają się, zamiast osadzać się w warstwach stratyfikowanych. Jest to głównie dyfuzja, która pozwala CO2 integrować się na wysokościach wyższych niż to, co sugerowałaby sama jego masa cząsteczkowa, chociaż zaangażowane są również inne procesy, takie jak silne prądy powietrzne w górę i w dół.

ręcznie wykonany rysunek wyjaśniający różne siły w pracy w butelce wina w porównaniu z ziemską atmosferą. Image: Ángel Muñoz

podobnie, po odkorkowaniu tej butelki wina po raz pierwszy i doprowadzeniu jej z piwnicy do cieplejszej temperatury pokojowej, uwięzione gazy stają się częścią większej atmosfery. Cząsteczki gazu mieszają się, a po zerwaniu uszczelnienia próżniowego butelki wymiana korka oznacza, że dobrze wymieszane cząsteczki pozostają w butelce po samodzielnej wymianie korka. Tlen jest teraz w stanie dotrzeć do wina, ostatecznie powodując, że wino smakuje ” off.”Każdy, kto otworzył butelkę wina, aby” pozwolić mu oddychać ” przed wypiciem wie, że pewna ilość tlenu może poprawić smak wina, ale ostatecznie dotlenienie zrujnuje te pożądane cechy. Pamiętaj więc, aby odpowiedzialnie spożywać butelkę wina w ciągu kilku dni, aby uzyskać najlepszy smak. I pamiętajcie, że nawet w samolocie na wysokości 30 000 stóp cząsteczki gazu w otwartej butelce wina mieszają się tak samo jak w pozostałej atmosferze!

aby uzyskać szczegółowe informacje na temat tego, jak dwutlenek węgla przyczynia się do zmian klimatu, sprawdź te posty: jak dokładnie dwutlenek węgla powoduje globalne ocieplenie? a jeśli CO2 stanowi tylko 0,04% atmosfery, to jak napędza globalne ocieplenie?