温室气体

地球上的温室气体主要是指二氧化碳（CO₂）、水蒸气与云（H₂O）、甲烷（天然气CH₄）、一氧化二氮（N₂O）、臭氧（O₃）、氯氟烃（CFCs）和极微量的氢氟碳化合物等等。

温室气体是怎样影响地球温度的？你能想象一个没有温室气体的地球将是什么样子吗？

如果没有温室气体，我们地球的平均温度将是零下18℃，而不是今天15℃的平均值。这意味着地球整个儿被冰雪覆盖，成为一颗毫无生气的大雪球。

冰雪地球

温室气体就像是一张厚厚的、无形的大被子，使地球保持了合适的温度，万物的生长全都得益于温室气体的保温作用。无论是太阳辐射到地球的光线，还是地球向外辐射的红外线，它们都会照射这些气体分子，使它们振动、发热，同时将大部分热能辐射回地面。

二氧化碳造成的温室效应

你可能会问了，干燥的空气中绝大多数是氮气和氧气，其中氮气（N₂）占78.084％，氧气（O₂）占20.947％，就连稀有气体氩（Ar）也占到了0.934％，为什么它们不是温室气体，偏偏大气含量仅有0.035％的二氧化碳能被加热、成为主要的温室气体呢？

这是一个好问题，下面我们重点谈谈为什么温室气体可以被加热。

在距离地面85公里到600公里高度的高层大气顶部附近达到2000°C高温，被称为“热层”。这是因为波长小于0.175μm的太阳紫外辐射以及X射线辐射都被该层中的大气物质（主要是原子氧）所吸收的缘故。由于这一层的空气非常稀薄，空气密度只有地面密度的百亿分之一甚至千亿分之一，即便气体粒子温度很高，我们在这一区域并不会感觉到有多热。

大气分层及温度变化

热层的温度很高，但与温室气体没多大关系，它是由太阳辐射能量电离大气粒子造成的。大气层的中间层非常寒冷，尽管这里的空气密度远高于热层，但缺乏温室气体。

平流层上方有丰富的臭氧，它分吸收太阳高能辐射并将其转化为自身振动的能量，将高能紫外线和X射线辐射能转化为热能，从而保护了地面的生灵。

你也许注意到了，所谓的温室气体分子多是以三个以及三个以上原子组成，单个原子（比如氩气）和双原子（氮气和氧气）不是温室气体。这是因为三原子组成的气体分子在被光照射时，有更复杂的振动模式，因而可以产生更多的热量。

空气中存在极微量的单原子气体，比如氩、氖等惰性稀有气体，在高层大气，还有被电离的氧、氢等，这些气体在极高能量的X射线、极紫外线等等照射下会因原子振动加剧而对外辐射能量。但这些气体极其稀薄，不能被称为温室气体。

占大气78.084％的氮气（N₂）和占20.947％的氧气（O₂）是双原子气体分子，它们由两个原子通过共价键组成稳定的分子。其中氮气分子由两个通过强（短）三键连接的氮原子（N）紧密组成：