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地球温暖化は、大気中のCO₂が地表から放射された赤外線を吸収し、吸収したその赤外線を地表に向かって逆放射し、その逆放射された赤外線を地表が吸収して温まり、地表がふたたび赤外線を放射して、大気中のCO₂がその赤外線を吸収するために起こると説明されている。これは地表とCO₂の赤外線のキャッチボールに例えられることもある。

太陽は高温の物体（約6000K）である。物体からは赤外線、可視光線、紫外線、Ｘ線、ガンマ線など、あらゆる種類の電磁波が放射される。これを黒体放射という。地球の温度は太陽よりも低い（約300K）から、エネルギーの小さい電磁波が放射される。地球からは、波数が0cm^-1から約2500cm^-1のあらゆる種類の赤外線が放射される。

一方、大気に含まれるCO₂は物体ではなく気体の分子である。分子のエネルギーはとびとびの値になっていて、CO₂は667cm^-1付近のごく限られた波数の赤外線しか吸収しない。その結果、キャッチボールで例えると、地表からはあらゆる種類のボールが投げられるけれども、CO₂はごく限られた種類のボールしか受け取ることができない^{※1）※2）}。

地表から投げられて、CO₂が受け取ることのできなかったボール（赤外線）はどうなるだろうか。多くのボールは宇宙へと飛んでいく。大気の主成分であるN₂、O₂などの分子はボールを受け取ることができないからである。この場合には、大気のエネルギーは増えないから、地球温暖化を心配する必要はない。

地表から投げられて、CO₂が受け取ったボールはどうなるだろうか。CO₂は受け取ったボールを投げることもある。地表に向かって投げれば、地表の温度は少し上がる。しかし、CO₂は物体ではなく気体の分子だから、ボールを投げるときにはあらゆる方向に投げる。多くのボールは宇宙に飛んでいき、地表が投げたボールに比べて、地表が受け取るボールはほとんどない。

CO₂が投げたボールの多くは宇宙へと飛んでいくが、その途中で別のCO₂が受け取ることもある。しかし、CO₂同士がキャッチボールをしても大気の温度は変わらない。なぜならば、大気の温度はN₂、O₂などの分子の並進エネルギー（空間を移動する分子の運動エネルギー）を反映し、並進エネルギーが増えなければ、大気の温度は上がらないからである。

CO₂は受け取ったボールを投げずに分子の振動エネルギーに変換して、N₂、O₂などの分子に並進エネルギーとして渡すこともある。この場合には、大気の温度が少し上がる。しかし、N₂、O₂などの分子の並進エネルギーがCO₂に振動エネルギーとして渡されることもある。この場合には、N₂、O₂などの分子の並進エネルギーが減るので、大気の温度が少し下がる。

冬の寒い日に、部屋の中の大気を温めるためにCO₂を撒く人はいない。ほとんどの人はコタツやストーブやエアコンなどの暖房器具を使う。暖房器具を使うと、部屋の中の大気の温度はすぐに上がって暖かくなる。N₂、O₂などのあらゆる大気分子は、赤外線を吸収しなくても、熱エネルギーによって並進エネルギーが直ちに増えるからである^{※1）※2）}。

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※1）中田宗隆「分子科学者がやさしく解説する地球温暖化Q&A 181―熱・温度の正体から解き明かす」丸善出版（2024）
※2）中田宗隆「スペクトル解析のための分子物理化学―温室効果ガスは本当に砂上の楼閣か―」東京図書出版（2026）