論氣體與蒸氣對熱的吸收與輻射
他在實驗室裡測出:水汽和二氧化碳困得住熱,而空氣的主成分卻不能。
約 1859 年,在倫敦的一間地下室裡,約翰·廷得耳讓一束熱穿過黃銅管,發現替我們這顆行星保暖的氣體,根本不是空氣的主成分——而是一縷水汽和一絲二氧化碳。
核心想法
空氣主要是氮和氧。廷得耳讓輻射熱——熱物體放出的看不見的暖意——一種一種地穿過裝著不同氣體的管子,量出每種氣體吸住了多少。純氮、氧、氫與乾燥空氣,都讓熱徑直穿過,彷彿管子是空的。
可二氧化碳把熱喝了下去,水汽喝得更多。於是,困住地球暖意的,恰恰是那些稀少的氣體——那一絲二氧化碳與空氣裡的潮氣——而非大氣的主體。這正是行星得以溫暖的緣由:那寥寥幾種氣體,像一床毯子般替它的熱保溫。
它是如何誕生的
廷得耳不只是物理學家,也是登山者與冰川觀察者,他著迷於冰期究竟從何而來。要追究這個,他得先弄清:大氣本身能否留住熱——這一點當時多數科學家都懷疑,他們假定氣體對熱不過是透明的。
他造了一套極其靈敏的裝置:一束熱、一根長管,再加一隻接著電流計的熱電堆,指針在最微弱的變化下也會擺動。最難的是潔淨——黏在玻璃器皿上的零星水汽會自顧自地吸熱,險些騙過了他。等到把一切徹底乾燥,結論已無可置疑:簡單氣體透明,複合氣體不然,而潮濕的空氣比乾燥的更善於困熱。他於 1859 年在皇家研究院宣布此事,並在 1861 年的貝克爾講座中和盤托出。
它為何重要
廷得耳把溫室效應從一種直覺,變成了一項測得的事實。幾十年前,約瑟夫·傅立葉猜想空氣讓地球比空蕩的太空更暖;廷得耳則一種氣體接一種氣體地表明:是哪些氣體在起作用、作用有多強。他甚至寫道——既然困熱的是水汽與二氧化碳,那麼它們的量一旦改變,氣候就必隨之改變——這正是我們今天對暖化世界的全部理解的那粒種子。
一個可以想像的畫面
想像一扇特製玻璃窗:它讓光進來,卻不讓暖意出去。陽光傾瀉進來、曬熱房間;溫熱的房間散發看不見的熱,而玻璃把這熱留住。氮和氧像一扇普通的開著的窗——熱徑直穿過。二氧化碳與水汽,才是那塊特製的玻璃。空氣裡這種玻璃並不多,但正是它,決定了房間——也就是整個行星——最終有多暖。
它的位置
廷得耳站在約瑟夫·傅立葉的肩上——後者在 1820 年代頭一個追問:地球為何比它「應有的」更暖。比廷得耳早三年,美國的尤妮斯·富特已表明:陽光下,富含二氧化碳的空氣升溫最多,她甚至提出這種氣體越多、世界便越暖——這一優先權如今已獲承認。廷得耳補上了精確的實驗室測量;斯萬特·阿倫尼烏斯隨後在 1896 年把它化為一個數字;查爾斯·基林則在 1958 年開始測量二氧化碳的真實攀升。這根黃銅管,正是那條鏈子的起點。
if, as the above experiments indicate, the chief influence be exercised by aqueous vapour, every variation of this constituent must produce a change of climate.