1856 yılında, tarihin neredeyse unuttuğu Amerikalı bir bilim insanı olan Eunice Foote, minicik, şeffaf bir molekül olan karbondioksitin ısıyı emme konusundaki olağanüstü yeteneğini keşfetti. Basit bir deneyden, CO2 içeren bir atmosferin "Dünyamıza daha yüksek bir sıcaklık vereceği" sonucunu çıkardı — küresel ısınmanın itici gücünü tanımladı ve gezegenimizi neyin sıcak tuttuğuna dair daha önceki düşüncelere moleküler bir mekanizma sağladı.
Şimdi, 160 yıldan fazla bir süre sonra, bilim insanları hikayede daha fazlası olduğunu fark ettiler. CO2'nin ısıyı hapsetmede bu kadar iyi olmasının nedeni, üç atomlu molekülün Güneş'ten gelen kızılötesi radyasyonu emerken titreşme şekline dayanıyor.
Harvard Üniversitesi'nden gezegen bilimci Robin Wordsworth ve meslektaşlarının yeni ön baskılarında yazdıkları gibi, "sıradan bir üç atomlu moleküldeki görünüşte tesadüfi bir kuantum rezonansının, jeolojik zaman boyunca gezegenimizin iklimi üzerinde bu kadar büyük bir etkiye sahip olması ve ayrıca insan faaliyeti nedeniyle gelecekteki ısınmasını belirlemeye yardımcı olması dikkat çekicidir."
Belirli dalga boylarında gelen ışık ışınları ile vurulduğunda, CO2 molekülleri beklediğiniz gibi sabit bir birim olarak sallanmazlar. Aksine, iki oksijen tarafından kuşatılmış bir karbon atomundan oluşan CO2 molekülleri belirli şekillerde bükülür ve gerilir.
Aşağıdaki diyagramda görebileceğiniz gibi, iki oksijen atomu dışa doğru gerilebilir ve merkezi karbon atomu bunu takip edebilir veya etmeyebilir ya da karbon atomu molekülün ana ekseni etrafında dönerek onu bükebilir.
Bu titreşim modellerinden ikisinde tesadüfi bir hizalanma, CO2 moleküllerinde Fermi rezonansı adı verilen bir tür kuantum uğultusu yaratır ve bu da moleküllerin daha fazla titreşmesine neden olabilir.
Wordsworth'ün New Scientist'ten Alex Wilkins ile yaptığı röportajda açıkladığı gibi, bu da CO2 tarafından emilen radyasyon aralığını genişletiyor. "Karbondioksitin neden önemli bir sera gazı olduğunu anlamak için gerçekten kritik olan bu genişlemedir" dedi.
Fermi rezonansını aynı ipe bağlı iki ağırlıktan oluşan bir sarkaç gibi düşünebilirsiniz: sallandıkça birbirlerinin hareketinin genliğini artırmak için çalışırlar.
Son zamanlarda yapılan diğer çalışmalarda CO2'nin Fermi rezonansının, radyatif zorlama olarak da bilinen toplam ısınma etkisinin yaklaşık yarısına katkıda bulunduğu tahmin edilmektedir.
Ancak CO2'nin temel özelliklerinden yola çıkan Wordsworth ve meslektaşları, molekülün titreşim durumları ile daha sonra hapsettiği ekstra ısı arasındaki etkileşimleri, moleküler spektroskopi (moleküllerin soğurma modelleri) ve iklim fiziğini harmanlayan bir dizi denklem kullanarak tanımladılar.
Wordsworth ve arkadaşları, hakem değerlendirmesinden önce arXiv'de yayınlanan ön baskılarında, "Bu sonuç, eğer böyle bir kanıta ihtiyaç duyulsaydı, küresel ısınma ve iklim değişikliği fiziğinin kaya gibi sağlam temeline dair daha fazla kanıt sağlıyor" diye yazıyor.
Ekip, CO2'nin Dünya'yı nasıl ısıttığına dair basit bir açıklama sunmanın yanı sıra, denklemlerinin bilim insanlarının yabancı iklimleri anlamak için diğer gezegenlerin atmosferlerinde tespit edilen farklı sera gazı karışımlarının ısınma potansiyelini hızlı bir şekilde tahmin etmelerine de yardımcı olabileceğini söylüyor.
Araştırmacılar, "Bu, sezgiyi artırmanın ve karmaşık iklim modellerinin sonuçları üzerinde bir gerçeklik kontrolü sağlamanın özellikle yararlı bir yolu olabilir" diyor.
Bununla birlikte, hesaplamaları CO2'nin metan gibi diğer ısı tutucu sera gazlarıyla örtüşmesini veya güneş ışığını da yansıtan bulutların ışınımsal etkilerini içermiyor, bu nedenle biraz daha ince ayar yapılması gerekebilir.
Bu haliyle ekibin çalışması, hayatlarımızın bağlı olduğu kader molekülü olan minicik, şeffaf CO2'ye yeni bir takdir aşılıyor.
Araştırmacılar, "CO2'nin kuantum yapısındaki küçük farklılıklarla bu rezonansın değişebileceği veya engellenebileceği ve gezegenimizin ikliminin geçmiş ve gelecekteki evriminin çok farklı olacağı hayal edilebilir" sonucuna varıyor.