Svante Arrhenius — Nobelpalkittu fysikaalisen kemian perustaja ja ilmastotutkija
Svante Arrhenius — Nobelpalkittu fysikaalisen kemian perustaja ja ilmastotutkija, joka jo ennusti fossiilisten polttoaineiden CO2-päästöjen vaikutuksen ilmaston lämpenemiseen.
Svante August Arrhenius (19. helmikuuta 1859 - 2. lokakuuta 1927) oli Nobel-palkittu ruotsalainen tiedemies, joka teki löytöjä fysiikan, kemian ja geotieteiden alalla.
Alun perin hän oli fyysikko, mutta hän sai vuonna 1903 Nobelin kemianpalkinnon ja oli fysikaalisen kemian perustaja.
Myöhemmin elämässään hän paneutui muihin tieteellisiin ongelmiin. Hän oli ensimmäinen, joka ennusti, että fossiilisten polttoaineiden polton kaltaisista prosesseista peräisin olevat hiilidioksidipäästöt aiheuttaisivat ilmaston lämpenemistä.
Varhainen elämä ja koulutus
Arrhenius syntyi Uppsalan lähellä Örebron lääneissä. Hän opiskeli ja valmistui fysiikan ja matematiikan alalta, ja sai tohtorintutkinnon vuonna 1884. Varhaisissa työsä Arrhenius sovelsi fysikaalisia menetelmiä kemian ilmiöihin, mikä myöhemmin määritteli koko uran suunnan.
Tieteelliset läpimurrot
Arrheniuksen merkittävimpiä saavutuksia olivat:
- Elektrolyyttisen dissosiaation teoria — hän esitti, että suolat ja hapot dissosioituvat sähköisesti varautuneiksi ioneiksi liuoksessa, mikä selitti sähkönjohtokyvyn. Tämä teoria muutti käsityksen kemiallisista reaktioista liuoksissa ja loi pohjan fysikaaliselle kemialle.
- Arrheniuksen reaktionopeusyhtälö — hän kuvasi kemiallisten reaktioiden nopeuden riippuvuutta lämpötilasta yhtälöllä k = A·e^(−Ea/RT), jossa Ea on aktivoitumisenergia, R kaasuvakio ja T lämpötila kelvineinä. Tämä yhtälö on yhä keskeinen kemiallisten reaktioiden kinetiikassa.
- Fysikaalisen kemian kehittäminen — yhdistämällä termodynamiikkaa ja sähkökemiaa Arrhenius auttoi rakentamaan kemian teorian pohjaa, joka yhdisti atomi- ja molekyylitason ilmiöt makroskooppisiin havaintoihin.
Nobelpalkinto ja kansainvälinen asema
Vuonna 1903 Arrheniusille myönnettiin Nobel-palkinto kemiassa elektrolyyttisen dissosiaation teorian tunnustuksena. Hän toimi myös aktiivisesti tieteellisissä yhteisöissä, oli jäsen useissa akatemioissa ja vaikutti kansainväliseen tieteelliseen yhteistyöhön.
Ilmastotutkimus ja hiilidioksidin vaikutus
Arrhenius oli yksi ensimmäisistä tutkijoista, joka kvantitatiivisesti arvioi kasvihuoneilmiön merkitystä maapallon lämpötilalle. Jo 1890-luvulla hän laski, miten ilmakehän hiilidioksidin määrän kasvu nostaisi maapallon pintalämpötilaa. Hänen laskelmansa perustuivat tunnettuihin säteilyn absorptiomekanismeihin ja osoittivat, että hiilidioksidilla on merkitystä ilmaston lämpötilan säätelyssä.
Tämän työn merkitys korostuu nykyisessä ilmastotutkimuksessa: vaikka Arrheniuksen alkuperäiset laskelmat olivat yksinkertaisempia kuin nykyaikaiset ilmastomallit, hänen ennusteensa hiilidioksidin vaikutuksesta olivat oikeansuuntaisia ja ennakoivat nykyistä huolta ihmisen aiheuttamasta ilmastonlämpenemisestä.
Myöhemmät työt, yhteiskunnallinen vaikuttaminen ja kiistat
Arrhenius osallistui urallaan monenlaisiin tieteellisiin ja yhteiskunnallisiin keskusteluihin. Hän toimi tiedekirjoittajana, kouluttajana ja tiedeyhteisön järjestöissä. Joissakin kirjoituksissaan hän esitti myös aikakauden viitekehyksestä nousevia, nykyään tulkittuna kiistanalaisia käsityksiä, kuten kansallisia ja eugeniikan sävyjä sisältäneitä näkemyksiä. Nämä näkökulmat ovat osa hänen historiallista kontekstiaan ja ovat herättäneet keskustelua hänen perinnöstään.
Perintö
Arrheniuksen vaikutus ulottuu nykyiseen kemiaan, ilmastotieteeseen ja fysiikkaan. Hän loi käsitteellisiä työkaluja, joita käytetään yhä tutkimuksessa ja opetuksessa. Sitä paitsi ilmastotutkimuksen historiassa hän muistetaan yhtenä varhaisista tutkijoista, jotka toivat esiin ihmisen toiminnan mahdolliset vaikutukset maapallon ilmastoon.
Henkilökohtainen elämä
Arrhenius oli naimisissa ja perheenisä. Hänen elämänsä ja työnsä kytkeytyivät tiiviisti 1800–1900-luvun vaihteen tieteelliseen kulttuuriin, ja hän työskenteli aktiivisesti sekä kotimaassaan että kansainvälisesti.
Yhteenvetona: Svante Arrhenius oli monipuolinen tiedemies, jonka teoria elektrolyyttisestä dissosiaatiosta ja tutkimukset kemiallisten reaktioiden lämpötilariippuvuudesta muovasivat modernia kemiaa. Lisäksi hän oli ilmastotutkimuksen pioneeri, joka varoitti hiilidioksidin lisääntymisen mahdollisista seurauksista jo yli sata vuotta sitten.
Varhaiset työt
Hänen varhaiset työnsä liittyivät elektrolyyttien johtavuuteen. Vuonna 1884 hän toimitti tämän työn pohjalta 150-sivuisen esseen elektrolyyttisestä johtavuudesta Uppsalan yliopistolle väitöskirjaa varten. Se ei tehnyt professoreihin vaikutusta, ja hän sai ala-arvoisen tutkinnon. Myöhemmin tämän työn laajennukset toivat hänelle Nobelin kemianpalkinnon.
Väitöskirjan tärkein ajatus oli hänen selityksensä siitä, että puhtaat suolat tai puhdas vesi eivät ole johtavia, mutta suolan ja veden liuokset ovat.
Arrheniuksen selitys oli, että liuoksen muodostuessa suola jakautuu varattuihin hiukkasiin (jotka Michael Faraday oli nimittänyt ioneiksi jo vuosia aiemmin). Faraday uskoi, että ionit syntyvät elektrolyysissä; Arrheniuksen ajatuksena oli, että suolaliuokset sisältävät ioneja myös ilman sähkövirtaa. Hän esitti, että liuoksessa tapahtuvat kemialliset reaktiot olivat ionien välisiä reaktioita.
Arrhenius ehdotti vuonna 1884 ionitieteellisen teoriansa laajennuksena happojen ja emästen määritelmiä. Hänen mukaansa hapot olivat aineita, jotka tuottavat vetyioneja liuoksessa, ja emäkset olivat aineita, jotka tuottavat hydroksidi-ioneja liuoksessa.
Nobelin palkinto
Noin vuonna 1900 Arrhenius osallistui Nobel-instituuttien ja Nobel-palkintojen perustamiseen. Loppuelämänsä ajan hän oli fysiikan Nobel-komitean ja kemian Nobel-komitean jäsen.
Hän käytti asemaansa järjestääkseen palkintoja ystävilleen (Jacobus van't Hoff, Wilhelm Ostwald, Theodore Richards) ja yrittäessään kieltää niitä vihollisiltaan (Paul Ehrlich, Walther Nernst). Vuonna 1903 hänestä tuli ensimmäinen ruotsalainen persn, jolle myönnettiin kemian Nobel-palkinto.
Myöhemmin tehty työ
Tehtyään itselleen nimeä hän kääntyi muiden tieteellisten kysymysten pariin.
Fysiologia
Vuonna 1904 hän piti (Kalifornian yliopistossa) useita luentoja, joissa hän yritti osoittaa fysikaalisen kemian menetelmien soveltamista toksiinien ja antitoksiinien teorian tutkimiseen ja jotka julkaistiin vuonna 1907 nimellä Immunokemia.
Maa- ja planeettatieteet
Hän kiinnitti huomiota myös geologiaan (jääkausien synty), tähtitieteeseen, fysikaaliseen kosmologiaan ja astrofysiikkaan, jossa hän selvitti aurinkokunnan syntyä tähtien välisen törmäyksen seurauksena. Hän katsoi säteilypaineen selittävän komeetat, Auringon koronan, revontulet ja eläinradan valon.
Hän arveli, että elämä olisi saattanut siirtyä planeetalta toiselle itiöiden avulla. Tämä ajatus tunnetaan nykyään nimellä panspermia.
Kasvihuoneilmiö
Arrhenius keksi teorian jääkausien selittämiseksi, ja vuonna 1896 hän oli ensimmäinen tiedemies, joka ajatteli, että ilmakehän hiilidioksidipitoisuuksien muutokset voivat aiheuttaa suuria muutoksia pintalämpötilaan kasvihuoneilmiön kautta. Häneen vaikuttivat muiden, kuten Joseph Fourierin, työt. Arrhenius käytti kuusta tehtyjä infrapunahavaintoja selvittääkseen ilmakehän hiilidioksidin2 ja vesihöyryn infrapunasäteilyn absorption. Alkuperäisessä muodossaan Arrheniuksen kasvihuonelaki kuuluu seuraavasti:
"Jos hiilihapon määrä kasvaa geometrisesti, lämpötilan kasvu kasvaa lähes aritmeettisesti".
Tätä yksinkertaistettua ilmaisua käytetään edelleen:
ΔF = α ln(C/ C 0 {\displaystyle C_{0}}
)
Hänen kirjansa Worlds in the making (1908) oli suunnattu suurelle yleisölle. Hän esitti, että ihmisen hiilidioksidipäästöt2 riittäisivät estämään maapalloa siirtymästä uuteen jääkauteen ja että maapallon lämpeneminen olisi välttämätöntä nopeasti kasvavan väestön ruokkimiseksi:
"Maan pinnan lämpötila... on tietyssä määrin [yhteydessä] sitä ympäröivään ilmakehään ja erityisesti sen lämpösäteitä läpäisevyyteen". (p46)
"[Teoriaa] on kutsuttu kuumien talojen teoriaksi, koska he ajattelivat, että ilmakehä toimi kuumien talojen lasien tapaan." (p51)
"Jos hiilihapon määrä ilmassa laskisi puoleen nykyisestä, lämpötila laskisi noin 4 astetta; jos se laskisi neljäsosaan, lämpötila laskisi 8 astetta. Toisaalta hiilidioksidin osuuden kaksinkertaistuminen ilmassa nostaisi maan pinnan lämpötilaa 4°; ja jos hiilidioksidin määrä nelinkertaistuisi, lämpötila nousisi 8°.". (p53)
"Vaikka meri toimii hiilihappoa imemällä valtavan kapasiteetin säätelijänä, joka vie noin viisi kuudesosaa tuotetusta hiilihaposta, tunnustamme kuitenkin, että ilmakehän hiilihapon vähäinen prosenttiosuus voi teollisuuden edistysaskeleiden ansiosta muuttua huomattavan suureksi muutamassa vuosisadassa". (p54)
"Ilmakehässä lisääntyvän hiilihapon vaikutuksesta voimme toivoa, että saamme nauttia aikakausista, jolloin ilmasto on tasaisempi ja parempi, erityisesti maapallon kylmemmillä alueilla, aikakausista, jolloin maapallo tuottaa paljon nykyistä runsaampia satoja, jotka hyödyttävät nopeasti lisääntyvää ihmiskuntaa." (p63)
Hän ennusti ensimmäisenä, että fossiilisten polttoaineiden poltosta ja muista palamisprosesseista aiheutuvat hiilidioksidipäästöt aiheuttavat ilmaston lämpenemistä. Arrhenius uskoi selvästi, että lämpimämpi maailma olisi myönteinen muutos. Kuitenkin noin vuoteen 1960 asti useimmat tiedemiehet hylkäsivät kasvihuoneilmiön, koska he pitivät sen toteutumista hyvin epätodennäköisenä. Milutin Milankovitch oli esittänyt mekanismin jääkausille: siinä käytettiin Maan kiertoradan syklisiä muutoksia (Milankovitchin syklit). Nykyään hyväksytty selitys on, että kiertoradan aiheuttama pakko määrää jääkausien ajankohdan, ja hiilidioksidi2 toimii vahvistavana palautteena.
Ihmisten asiat
Hän keksi ajatuksen yleiskielestä (kieli, jota kaikki puhuisivat) ja ehdotti englannin kielen muunnosta.
Arrhenius oli yksi monista johtavista ruotsalaisista tiedemiehistä, jotka auttoivat perustamaan Valtion rotubiologisen instituutin vuonna 1922. Tämä oli eugeniikasta vaikutteita saanut ajatus. Sitä oli alun perin ehdotettu Nobel-instituutiksi. Arrhenius oli instituutin johtokunnan jäsen, kuten hän oli ollut myös vuonna 1909 perustetussa Ruotsin rotuhygieenisessä yhdistyksessä (Eugenics).
Etsiä