AlegsaOnline.com

Svante Arrhenius — noblista i twórca chemii fizycznej, przewidział ocieplenie

Svante Arrhenius — noblista i twórca chemii fizycznej, który jako pierwszy przewidział ocieplenie klimatu spowodowane emisją CO2 z paliw kopalnych.

Autor: Leandro Alegsa

09-02-2026

Svante August Arrhenius (19 lutego 1859 - 2 października 1927) był szwedzkim naukowcem, laureatem Nagrody Nobla, który dokonał odkryć w fizyce, chemii i nauce o ziemi.

Pierwotnie był fizykiem, ale w 1903 r. otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii i był twórcą chemii fizycznej.

W późniejszym okresie życia zajął się innymi problemami naukowymi. Był pierwszą osobą, która przewidziała, że emisja dwutlenku węgla, pochodząca z procesów takich jak spalanie paliw kopalnych, spowoduje globalne ocieplenie.

Życie i kariera

Arrhenius urodził się w Szwecji i kształcił się w zakresie nauk ścisłych. Jego prace łączyły obserwacje eksperymentalne z teorią matematyczną, co przyczyniło się do ugruntowania nowych dziedzin nauki. W ciągu życia zajmował się badaniami i działalnością naukową w różnych instytucjach akademickich i towarzystwach naukowych, a jego idee miały szeroki wpływ na rozwój chemii i fizyki przełomu XIX i XX wieku.

Główne osiągnięcia naukowe

Teoria dysocjacji elektrolitycznej: W pracy doktorskiej (1884) Arrhenius zaproponował, że sole rozpuszczone w wodzie rozdzielają się na jony elektryczne. Ta teoria wyjaśniała przewodnictwo elektryczne roztworów i stała się jedną z podstaw współczesnej chemii fizycznej.
Równanie Arrheniusa: Opisał zależność szybkości reakcji chemicznej od temperatury za pomocą wykładniczej zależności energii aktywacji. Równanie w uproszczonej postaci można zapisać jako: k = A · exp(−Ea / (R T)), gdzie k to stała szybkości reakcji, A czynnik częstości, Ea energia aktywacji, R stała gazowa, a T temperatura w kelwinach. Równanie to jest fundamentem kinetyki chemicznej i znajduje zastosowanie w chemii, fizyce i inżynierii.
Badania nad promieniowaniem cieplnym i atmosferą: W 1896 r. opublikował pierwsze ilościowe oszacowania wpływu zmian stężenia CO2 w atmosferze na średnią temperaturę powierzchni Ziemi. To jedno z pierwszych przewidywań efektu cieplarnianego wywołanego działalnością człowieka.

Wpływ na naukę i dziedzictwo

Dzięki pracy Arrheniusa powstały podstawy chemii fizycznej jako odrębnej dyscypliny. Jego koncepcje o jonach i zależności szybkości reakcji od temperatury umożliwiły dalszy rozwój teorii reakcji chemicznych, elektrochemii oraz nauk inżynieryjnych zajmujących się procesami przemysłowymi. Pokazał również, że matematyczne opisy zjawisk chemicznych są praktycznym narzędziem do przewidywania zachowania układów rzeczywistych.

Późniejsze prace, popularyzacja i kontrowersje

Poza pracami podstawowymi Arrhenius zajmował się popularyzacją nauki i próbował stosować swoje teorie do problemów geofizycznych i kosmicznych. W publikacjach popularnonaukowych poruszał również temat rozprzestrzeniania życia w przestrzeni kosmicznej (hipoteza panspermii). Niektóre jego poglądy i prognozy były dyskutowane i krytykowane przez współczesnych, a część wyników z czasem wymagała uściśleń i uwzględnienia dodatkowych czynników – tak bywa w rozwijającej się nauce.

Dlaczego warto o nim pamiętać

Svante Arrhenius jest pamiętany jako uczony, który połączył teorię z praktyką i jako pierwszy sformułował kilka kluczowych idei, które stały się standardem w chemii i naukach o ziemi. Jego wczesne prognozy dotyczące wpływu dwutlenku węgla na klimat okazały się prorocze — współczesne badania potwierdziły, że emisje antropogeniczne mają znaczący wpływ na bilans energetyczny Ziemi. Równocześnie równanie i pojęcia wprowadzone przez Arrheniusa wciąż są intensywnie wykorzystywane i rozwijane w badaniach podstawowych i zastosowaniach technologicznych.

Wczesna praca

Jego wczesne prace dotyczyły przewodnictwa elektrolitów. W 1884 r. na podstawie tej pracy złożył na Uniwersytecie w Uppsali 150-stronicowy esej o przewodnictwie elektrolitycznym, który miał być podstawą jego doktoratu. Nie zrobił on jednak wrażenia na profesorach i otrzymał stopień naukowy niskiej klasy. Późniejsze rozszerzenie tej pracy przyniosło mu Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii.

Najważniejszą ideą w tej rozprawie było jego wyjaśnienie, że ani czyste sole, ani czysta woda nie są przewodnikami, ale roztwory soli w wodzie są.

Arrhenius wyjaśnił, że podczas tworzenia roztworu sól rozpada się na naładowane cząsteczki (którym Michael Faraday wiele lat wcześniej nadał nazwę jonów). Faraday sądził, że jony powstają w procesie elektrolizy; Arrhenius uważał, że nawet przy braku prądu elektrycznego roztwory soli zawierają jony. Zaproponował on, że reakcje chemiczne zachodzące w roztworach są reakcjami pomiędzy jonami.

W rozszerzeniu swojej jonowej teorii naukowej Arrhenius zaproponował w 1884 r. definicje kwasów i zasad. Uważał on, że kwasy to substancje, które w roztworze wytwarzają jony wodorowe, a zasady to substancje, które w roztworze wytwarzają jony wodorotlenkowe.

Nagroda Nobla

Około 1900 roku Arrhenius zaangażował się w tworzenie Instytutów Noblowskich i Nagród Nobla. Do końca życia był członkiem Komitetu Noblowskiego w dziedzinie fizyki i członkiem Komitetu Noblowskiego w dziedzinie chemii.

Wykorzystywał swoją pozycję, aby załatwić nagrody dla swoich przyjaciół (Jacobus van't Hoff, Wilhelm Ostwald, Theodore Richards) i próbować odmówić ich swoim wrogom (Paul Ehrlich, Walther Nernst). W 1903 r. został pierwszym szwedzkim uczonym, który otrzymał Nagrodę Nobla w dziedzinie chemii.

Późniejsze prace

Po zdobyciu sławy zajął się innymi zagadnieniami naukowymi.

Fizjologia

W 1904 roku wygłosił (na Uniwersytecie Kalifornijskim) kilka wykładów, których celem była próba pokazania zastosowania metod chemii fizycznej do badania teorii toksyn i antytoksyn, a które zostały opublikowane w 1907 roku pod tytułem Immunochemia.

Nauki o Ziemi i planecie

Zwrócił również uwagę na geologię (pochodzenie epok lodowcowych), astronomię, kosmologię fizyczną i astrofizykę, wyjaśniając narodziny Układu Słonecznego w wyniku zderzenia międzygwiezdnego. Uważał, że ciśnienie promieniowania odpowiada za komety, koronę słoneczną, zorzę polarną i światło zodiakalne.

Pomyślał on, że życie mogło być przenoszone z planety na planetę poprzez transport zarodników. Idea ta jest obecnie znana jako panspermia.

Efekt cieplarniany

Arrhenius wymyślił teorię wyjaśniającą epoki lodowcowe, a w 1896 r. jako pierwszy naukowiec uznał, że zmiany poziomu dwutlenku węgla w atmosferze mogą spowodować duże zmiany temperatury powierzchni ziemi poprzez efekt cieplarniany. Był pod wpływem prac innych naukowców, w tym Josepha Fouriera. Arrhenius wykorzystał obserwacje Księżyca w podczerwieni do obliczenia absorpcji promieniowania podczerwonego przez atmosferyczny _CO2 i parę wodną. W swojej oryginalnej formie prawo cieplarniane Arrheniusa brzmi następująco:

"Jeśli ilość kwasu węglowego wzrasta w postępie geometrycznym, wzrost temperatury będzie wzrastał prawie w postępie arytmetycznym".

To uproszczone wyrażenie jest używane do dziś:

ΔF = α ln(C/ C 0 {{0}} $C_{0}$ )

Jego książka Worlds in the making (1908) była skierowana do szerokiego grona odbiorców. Sugerował, że ludzka emisja _{CO2 będzie} wystarczająco silna, by powstrzymać świat przed wejściem w nową epokę lodowcową, a cieplejsza Ziemia będzie potrzebna, by wyżywić szybko rosnącą populację:

"Do pewnego stopnia temperatura powierzchni Ziemi... jest [związana] z otaczającą ją atmosferą, a w szczególności z przepuszczalnością tej ostatniej dla promieni cieplnych". (p46)

"[Teoria ta] została nazwana teorią gorących domów, ponieważ sądzono, że atmosfera zachowuje się tak, jak szyby w gorących domach". (p51)

"Gdyby ilość kwasu węglowego w powietrzu zmniejszyła się do połowy jego obecnego procentu, temperatura spadłaby o około 4°; zmniejszenie do jednej czwartej obniżyłoby temperaturę o 8°. Z drugiej strony, każde podwojenie procentowej zawartości dwutlenku węgla w powietrzu podniosłoby temperaturę powierzchni ziemi o 4°; a jeśli dwutlenek węgla zostałby zwiększony czterokrotnie, temperatura wzrosłaby o 8°". (p53)

"Chociaż morze, pochłaniając kwas węglowy, działa jako regulator o ogromnej pojemności, który pochłania około pięć szóstych produkowanego kwasu węglowego, to jednak uznajemy, że niewielki procent kwasu węglowego w atmosferze może przez postępy przemysłu zostać zmieniony do zauważalnego stopnia w ciągu kilku stuleci". (p54)

"Przez wpływ wzrastającego kwasu węglowego w atmosferze, możemy mieć nadzieję cieszyć się wiekami z bardziej wyrównanym i lepszym klimatem, szczególnie w odniesieniu do zimniejszych regionów ziemi, wiekami, w których ziemia przyniesie znacznie bardziej obfite plony niż obecnie, z korzyścią dla szybko rozmnażającej się ludzkości". (p63)

Był on pierwszą osobą, która przewidziała, że emisja dwutlenku węgla pochodzącego ze spalania paliw kopalnych i innych procesów spalania spowoduje globalne ocieplenie. Arrhenius wyraźnie wierzył, że cieplejszy świat będzie pozytywną zmianą. Niemniej jednak, do około 1960 roku większość naukowców odrzucała efekt cieplarniany, ponieważ uważali, że jest on bardzo mało prawdopodobny. Milutin Milankovitch przedstawił mechanizm powstawania epok lodowcowych: wykorzystywał cykliczne zmiany w orbicie Ziemi (cykle Milankovitcha). Obecnie akceptowane jest wyjaśnienie, że wymuszenia orbitalne wyznaczają czas epok lodowcowych, a _CO2 działa jako wzmacniające sprzężenie zwrotne.

Sprawy ludzkie

Wpadł na pomysł stworzenia języka uniwersalnego (jednego języka, którym posługiwaliby się wszyscy), proponując modyfikację języka angielskiego.

Arrhenius był jednym z kilku czołowych szwedzkich naukowców, którzy w 1922 roku przyczynili się do utworzenia Państwowego Instytutu Biologii Rasowej. Był to pomysł inspirowany eugeniką. Pierwotnie był on proponowany jako Instytut Noblowski. Arrhenius był członkiem zarządu instytutu, podobnie jak wcześniej członkiem Szwedzkiego Towarzystwa Higieny Rasowej (Eugeniki), założonego w 1909 roku.