Pada tahun 1856, ilmuwan Amerika Eunice Foote, yang hampir dilupakan oleh sejarah, menemukan kemampuan luar biasa dari molekul kecil transparan, karbon dioksida, untuk menyerap panas.
Dari eksperimen sederhana, ia dengan tepat menyimpulkan bahwa atmosfer yang mengandung CO2 akan “menghangatkan suhu bumi”—yang menggambarkan kekuatan pendorong di balik pemanasan global dan menyediakan mekanisme molekuler untuk memikirkan terlebih dahulu apa yang membuat planet kita tetap hangat.
Kini, lebih dari 160 tahun kemudian, para ilmuwan menyadari bahwa ada hal lain yang lebih menarik dari cerita ini. Alasan mengapa CO2 begitu baik dalam memerangkap panas pada dasarnya disebabkan oleh cara molekul tiga atom bergetar ketika menyerap radiasi infra merah dari Matahari.
“Sungguh luar biasa,” ilmuwan planet Universitas Harvard, Robin Wordsworth dan rekannya menulis dalam pracetak baru mereka, “bahwa resonansi kuantum yang tampaknya acak dalam molekul tiga atom biasa telah berdampak besar pada iklim planet kita sepanjang waktu dan masa geologis. juga membantu menentukan pemanasan di masa depan sebagai akibat dari aktivitas manusia.”
Ketika terkena sinar cahaya dengan panjang gelombang tertentu, molekul CO2 tidak bergerak sebagai satu unit kaku seperti yang Anda harapkan. Molekul CO2 – yang terdiri dari satu atom karbon yang diapit oleh dua oksigen – membengkok dan meregang dengan cara tertentu.
Seperti yang Anda lihat pada gambar di bawah, dua atom oksigen dapat meregang dan atom karbon pusat mungkin mengikuti atau tidak, atau atom karbon dapat berputar mengelilingi sumbu utama molekul dan membengkokkannya.
Tiga pola getaran karbon dioksida: regangan simetris (V1), regangan asimetris (V3) dan tekukan (V2l). (Wordsworth dkk., arXiv, 2024)
Penyelarasan acak dari dua pola getaran ini menciptakan jenis dengungan kuantum dalam molekul CO2 yang disebut resonansi Fermi, yang memungkinkan molekul bergetar lebih kuat.
Hal ini pada gilirannya memperluas jangkauan radiasi yang diserap oleh CO2, seperti yang dijelaskan Wordsworth dalam sebuah wawancara Ilmuwan Baru Alex Wilkins. “Perluasan inilah yang sangat penting untuk memahami mengapa karbon dioksida merupakan gas rumah kaca yang penting,” katanya.
Anda dapat membayangkan resonansi Fermi sebagai pendulum yang terdiri dari dua beban yang diikatkan pada tali yang sama: saat berayun, keduanya bekerja untuk meningkatkan amplitudo gerakan pasangannya.
(Jacopo Bertolotti/Wikimedia Commons/CC0-1.0)
Penelitian lain baru-baru ini memperkirakan bahwa resonansi CO2 Fermi menyumbang sekitar setengah dari total efek pemanasan, atau dikenal sebagai gaya radiasi.
Namun, dimulai dengan sifat dasar CO2, Wordsworth dan rekannya menggambarkan interaksi antara keadaan getaran molekul dan panas tambahan yang ditangkapnya menggunakan serangkaian persamaan yang menggabungkan spektroskopi molekuler (pola penyerapan molekul) dan fisika iklim.
“Hasil ini memberikan bukti lebih lanjut, jika bukti tersebut diperlukan, mengenai dasar yang kokoh dari fisika pemanasan global dan perubahan iklim,” tulis Wordsworth dan rekannya dalam pracetak mereka, yang diterbitkan di arXiv sebelum dilakukan tinjauan sejawat.
Selain memberikan penjelasan sederhana tentang bagaimana CO2 menghangatkan Bumi, tim mengatakan persamaan mereka juga dapat membantu para ilmuwan dengan cepat memperkirakan potensi pemanasan dari berbagai campuran gas rumah kaca yang terdeteksi di atmosfer planet lain untuk memahami iklim asing di planet tersebut.
“Ini bisa menjadi cara yang sangat berguna untuk meningkatkan intuisi dan memberikan pemeriksaan nyata terhadap hasil model iklim yang kompleks,” saran para peneliti.
Namun perhitungan mereka tidak memperhitungkan adanya tumpang tindih CO2 dengan gas rumah kaca lain yang memerangkap panas seperti metana atau efek radiasi awan, yang juga memantulkan sinar matahari, sehingga perhitungan tersebut mungkin memerlukan penyesuaian lebih lanjut.
Saat ini, kerja tim ini menanamkan apresiasi baru terhadap CO2 yang awet muda dan transparan—molekul penting yang menjadi sandaran hidup kita.
“Dapat dibayangkan bahwa dengan perbedaan kecil dalam struktur kuantum CO2, resonansi ini dapat diubah atau ditekan, dan evolusi iklim planet kita di masa lalu dan masa depan akan sangat berbeda,” para peneliti menyimpulkan.
Studi ini telah diterima untuk dipublikasikan pada edisi mendatang Jurnal Sains Planet. Sampai saat itu, Anda dapat membaca versi pracetaknya di arXiv.org.
+ There are no comments
Add yours