炭酸ガスの放射スペクトルの幅

地球大気の放射・吸収スペクトルのグラフをみてとても不思議
と思うのです。例えば
http://home.hiroshima-u.ac.jp/er/Class/P04_3.html

１５ミクロン以上の波長は炭酸ガスの吸収域と書かれて
いますが簡単な分子構造なのになぜあんなに連続的なスペクトルで電磁波のエネルギーを吸収することが出来るのでしょうか。

酸素や水の吸収も結構広い帯域があるように見えます。

もっと飛び飛びのスペクトルで吸収しても良いと思うのですがそうでない理由を教えて頂ければ幸いです。よろしくお願いします。

No.1 回答者： doc_sunday 回答日時： 2008/03/20 21:14

>１５ミクロン以上の波長は炭酸ガスの吸収域と書かれて…

書かれていません。
下の二つのグラフ。
「国立環境研究所の野沢 徹氏による…」と
「三輪剛史氏による…」は実際上同じもので重ね合わせることが出来ます。
そこに書いてあることは、15μm付近にCO2の二つのピークがあり、地表面付近では短波長側の吸収も大きいかが高空ではそれは小さい。長波長側のピークは大きいということです。
そして、「国立環境研究所の野沢 徹氏による…」グラフの方にはその長波長側に酸素と水のピークがあることが書かれています。
両グラフともそれより長波長は「水の回転」吸収がほぼ連続的に現われる事を示しています。
回転準位は幅が狭いので(回転の角速度分布に相当)連続として扱えます。
飛び飛びの部分は、近紫外から可視、近赤外に掛けての水の結合伸縮と変角振動(ハサミ運動)で占められています。
二酸化炭素は変角振動も多少あり、酸素間で炭素が往復する非対称伸縮が吸収が現われます。
一方酸素分子や窒素分子では伸縮しか吸収はあり得ずそれも赤外では禁制遷移といって「見えないハズ」になっています。
酸素が大きな吸収を持っているのは0.3μmより短い波長でここは近紫外から遠紫外にかかった電子励起の吸収です。
ということで、この二つの図は「飛び飛びのスペクトルだが濃度が高いので飽和してしまう」ことを表しています。

この回答への補足

早速ご回答ありがとうございました。水の回転吸収によって吸収スペクトルの幅が広がっていることは良く理解できました。
炭酸ガスや酸素は極性が無いために電磁波の回転吸収はおきないと考えても良いのでしょうか。それでも”濃度が高いので飽和してしまう”という意味が良く解りません。長い距離を通過するのでいろんな固有振動数を持つ分子に吸収されるということではありませんよね。ドップラー効果での幅はどれくらいあるのでしょうか。スペクトルの幅を説明できるほど大きくは無いのではと直感的に思ってしまうのですが、間違っていますか。二酸化炭素の変角振動の個有値や非対称振動の固有地はほぼ連続的と考えてよろしいのでしょうか。やっぱり水以外のスペクトルの幅が私には理解できておりません。再度御指導お願いいたします。

補足日時：2008/03/20 23:02

No.2 ベストアンサー 回答者： doc_sunday 回答日時： 2008/03/21 09:31

>炭酸ガスや酸素は極性が無いために電磁波の回転吸収はおきないと…

二酸化炭素や酸素も結合軸に垂直な軸の周りの回転があります。
酸素や窒素が吸収を持たないのは伸縮振動が起きても「電荷の分極」が起きないため、赤外線で「禁制」になります。(ラマンスペクトルではよく見えます,ラマンスペクトルの説明はしません)
>”濃度が高いので飽和してしまう”という意味が良く解りません…
失礼しました、これは科学用語で、濃度が濃すぎて真っ暗になってしまうという意味です。
>ドップラー効果での幅はどれくらいあるのでしょうか…
通常ドップラー効果の大きさは非常に小さいので通常問題にはなりません。(光の速さと比較できるぐらい大きくないと気にしなくて良い)
>二酸化炭素の変角振動の個有値や非対称振動の固有地…
これは私には説明できません、
二酸化炭素の赤外領域の吸収のデータがありましたので貼ります。↓
http://science.widener.edu/svb/ftir/ir_co2.html
波数で書いてあります、波数は波長の逆数をcm-1で表したものです。
こっちのデータの方が分かり易いかも知れません、↓
http://www.astrochem.org/CO2H2O.html

この回答へのお礼

　http://www.astrochem.org/CO2H2O.html　のサイトは大変参考になりました。これ以上のことは少し勉強してからまた質問させてください。
大変低い温度で測定しているのはエネルギーを吸収しやすいからだと思いました。炭酸ガスだけの吸収は大変鋭いですね。広がっているのはやはりH2Oのせいであることがわかりました。おかげで私の当初感じていた疑問は殆ど理解できました。ありがとうございました。

お礼日時：2008/03/21 19:43