Bugün öğrendim ki: Atmosferdeki CO2 artışının gezegeni ısıtabileceğine dair ilk teorinin 1892'de ortaya atıldığı biliniyor.
İsveçli bilim insanı (1859–1927)
Carl Axel Arrhenius ile karıştırılmamalıdır.
Svante August Arrhenius (ə-REE-nee-əs, -RAY-,[3][4] İsveççe: [ˈsvânːtɛ aˈrěːnɪɵs]; 19 Şubat 1859 – 2 Ekim 1927), İsveçli bir bilim insanıydı. Başlangıçta fizikçi olan ancak genellikle kimyacı olarak anılan Arrhenius, fiziksel kimya biliminin kurucularından biriydi. 1903 yılında Kimya alanında Nobel Ödülü'nü alarak ilk İsveçli Nobel ödüllüsü oldu. 1905 yılında Nobel Enstitüsü müdürü oldu ve ölümüne kadar bu görevde kaldı.[5]
Arrhenius, atmosferdeki karbondioksit artışının Dünya'nın artan yüzey sıcaklığından ne kadar sorumlu olduğunu tahmin etmek için ilk kez fiziksel kimya prensiplerini kullandı. Çalışması, modern iklim biliminin ortaya çıkmasında önemli bir rol oynadı.[6] 1960'larda Charles David Keeling, havada bulunan karbondioksit seviyesini güvenilir bir şekilde ölçerek artmakta olduğunu ve sera gazı hipotezine göre önemli bir küresel ısınmaya neden olmak için yeterli olduğunu gösterdi.[7]
Arrhenius denklemi, Arrhenius asidi, Arrhenius bazı, Arrhenius adlı ay krateri, Mars krateri Arrhenius,[8] Arrheniusfjellet dağı ve Stockholm Üniversitesi'ndeki Arrhenius Laboratuvarları, bilime yaptığı katkılar anısına bu isimlerle anılmaktadır.
Biyografi
[değiştir]
Erken yıllar
[değiştir]
Arrhenius, İsveç Krallığı'na bağlı Uppsala yakınlarındaki Vik'te (Wik veya Wijk olarak da yazılır) 19 Şubat 1859'da Svante Gustav ve Carolina Thunberg Arrhenius'un oğlu olarak doğdu ve Lutheran idi.[9] Babası Uppsala Üniversitesi için arazi ölçmecisi olup daha sonra yönetici pozisyonuna yükselmişti. Üç yaşında Arrhenius, ailesinin teşviki olmadan okumayı öğrendi ve babasının hesap defterlerindeki sayıları toplamasını izleyerek aritmetik bir dahi oldu. Daha sonraki yaşamında Arrhenius, matematiksel kavramlar, veri analizi ve bunların ilişkilerini ve yasalarını keşfetmeye son derece tutkuluydu.[alıntı gerekli]
Sekiz yaşında yerel katedral okuluna beşinci sınıftan başlayarak girdi, fizik ve matematikte kendini ayırt etti ve 1876'da en genç ve en yetenekli öğrenci olarak mezun oldu.[alıntı gerekli]
İyonik ayrışma
[değiştir]
Uppsala Üniversitesi'nde, fizik baş eğitmeninden ve kendisini kimyada yönetebilecek tek fakülte üyesi olan Per Teodor Cleve'den memnun kalmadığı için 1881'de Stockholm'deki İsveç Bilimler Akademisi Fizik Enstitüsü'nde fizikçi Erik Edlund'un yanına gitti.[10]
Çalışması elektrolitlerin iletkenliklerine odaklandı. 1884'te bu çalışmaya dayanarak, doktora için Uppsala'ya elektrolit iletkenliği üzerine 150 sayfalık bir tez sundu. Cleve'nin de aralarında bulunduğu profesörleri etkilemedi ve dördüncü sınıf derecesi aldı, ancak savunmasının ardından üçüncü sınıfa yükseltildi. Daha sonra, bu çalışmanın uzantıları ona 1903 Kimya Nobel Ödülü'nü kazandıracaktı.[11]
Arrhenius, 1884 tezi'nde bugün hala değişmeden veya küçük değişikliklerle kabul edilecek olan 56 tezi ortaya koydu. Tezdeki en önemli fikir, katı kristal tuzların çözüldüğünde eşleşmiş yüklü parçacıklara ayrıştığı gerçeğinin açıklamasıydı ve bunun için 1903 Kimya Nobel Ödülü'nü alacaktı. Arrhenius'un açıklaması, bir çözelti oluştururken, tuzun, Michael Faraday'ın yıllar önce iyon adı verdiğini verdiği yüklü parçacıklara ayrışmasıydı. Faraday'ın inancı, iyonların elektroliz sürecinde üretildiği, yani iyon oluşturmak için harici bir doğru akım elektrik kaynağının gerekli olduğuydu. Arrhenius, elektrik akımının olmaması durumunda bile, tuzların sulu çözeltilerinin iyonlar içerdiğini öne sürdü. Böylece, çözeltideki kimyasal reaksiyonların iyonlar arasındaki reaksiyonlar olduğunu öne sürdü.[12][13][14]
Tez Uppsala'daki profesörleri etkilemese de Arrhenius, Rudolf Clausius, Wilhelm Ostwald ve Jacobus Henricus van 't Hoff gibi fiziksel kimyanın yeni bilimini geliştiren Avrupa'daki bir dizi bilim insanına gönderdi. Onlar çok daha etkilenmişlerdi ve Ostwald, Arrhenius'u Riga'daki araştırma ekibine katılmaya ikna etmek için Uppsala'ya bile geldi. Ancak Arrhenius, bir süre İsveç-Norveç'te kalmayı tercih ettiği (babası çok hastaydı ve 1885'te ölecekti) ve Uppsala'da bir göreve getirildiği için bunu reddetti.[12][13][14]
Arrhenius, iyon teorisinin bir uzantısında 1884'te asitler ve bazlar için tanımlar önerdi. Asitlerin çözeltide hidrojen iyonları üreten maddeler ve bazların çözeltide hidroksit iyonları üreten maddeler olduğuna inanıyordu.
Orta dönem
[değiştir]
1885'te Arrhenius, İsveç Bilimler Akademisi'nden aldığı bir seyahat bursu sayesinde Riga'da (şimdiki Letonya'da) Ostwald ile, Würzburg, Almanya'da Friedrich Kohlrausch ile, Graz, Avusturya'da Ludwig Boltzmann ile ve Amsterdam'da Jacobus Henricus van 't Hoff ile çalışma fırsatı buldu.
1889'da Arrhenius, çoğu reaksiyonun ilerlemesi için ek ısı enerjisi gerektiği gerçeğini, iki molekül reaksiyona girmeden önce üstesinden gelinmesi gereken bir enerji bariyeri olan aktivasyon enerjisi kavramını formüle ederek açıkladı. Arrhenius denklemi, aktivasyon enerjisi ile bir reaksiyonun ilerleme hızı arasındaki ilişkinin nicel temelini verir.
1891'de Stockholm Üniversitesi Koleji'nde (Stockholms Högskola, şimdi Stockholm Üniversitesi) öğretim görevlisi oldu, 1895'te (çok muhalefete rağmen) fizik profesörlüğüne ve 1896'da rektörlüğe terfi etti.
Nobel Ödülleri
[değiştir]
1900 civarında Arrhenius, Nobel Enstitülerinin ve Nobel Ödüllerinin kurulmasına dahil oldu. 1901'de İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi üyeliğine seçildi. Hayatının geri kalanında Fizik Nobel Komitesi üyesi ve fiili olarak Kimya Nobel Komitesi üyesi oldu. Arkadaşları için (Jacobus van 't Hoff, Wilhelm Ostwald, Theodore Richards) ödüller düzenlemek ve düşmanlarından (Paul Ehrlich, Walther Nernst, Dmitri Mendeleev) ödülleri reddetmeye çalışmak için pozisyonlarını kullandı.[15] 1901'de Arrhenius, güçlü muhalefete rağmen İsveç Bilimler Akademisi'ne seçildi. 1903'te Kimya alanında Nobel Ödülü'nü alan ilk İsveçli oldu. 1905'te Stockholm'deki Nobel Fizik Araştırma Enstitüsü'nün kurulması üzerine enstitünün rektörlüğüne atandı ve 1927'deki emekliliğine kadar bu görevde kaldı.
1911'de ilk Willard Gibbs Ödülü'nü kazandı.[16]
Toplum üyelikleri
[değiştir]
1908'de Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi'nin Uluslararası Üyesi seçildi.[17]
1909'da Hollanda Kimya Derneği'nin Onursal Üyesi seçildi.[18]
1910'da Royal Society'nin Yabancı Üyesi (ForMemRS) oldu.[19]
1911'de Amerikan Felsefe Derneği'nin Uluslararası Üyesi seçildi.[20]
1912'de Amerikan Sanat ve Bilim Akademisi'nin Yabancı Onursal Üyesi seçildi[21]
1919'da Hollanda Kraliyet Sanat ve Bilim Akademisi'nin yabancı üyesi oldu.[22]
Son yıllar
[değiştir]
Sonunda Arrhenius'un teorileri genel olarak kabul gördü ve başka bilimsel konulara yöneldi. 1902'de kimyasal teori açısından fizyolojik problemleri araştırmaya başladı. Canlı organizmalardaki ve test tüpündeki reaksiyonların aynı kanunları takip ettiğini belirledi.
1904'te Kaliforniya Üniversitesi'nde, amacı fiziksel kimya yöntemlerinin toksinler ve antitoksinler teorisinin çalışmasına uygulanmasını göstermek olan bir dizi ders verdi ve bu dersler 1907'de İmmünokimya başlığı altında yayınlandı.[24] Ayrıca jeolojiye (buz çağlarının kökeni), astronomiye, fiziksel kozmolojiye ve astrofiziğe yöneldi ve güneş sisteminin doğumunu yıldızlararası çarpışmayla açıkladı. Kuyruklu yıldızları, güneş koronasını, aurora borealis'i ve zodiakal ışığı açıklayan radyasyon basıncını düşündü.
Hayatın sporların taşınmasıyla gezegenden gezegene taşınabileceğini düşündü, bu teori şimdi panspermia olarak biliniyor.[25] Evrensel bir dil fikrini düşündü ve İngilizce dilinde bir değişiklik önerdi.
İsveç Irk Hijyeni Derneği'nin (1909'da kuruldu) yönetim kurulu üyesiydi, o zamanlar Mendelcilik'i destekliyordu ve 1910 civarında kontraseptifler konusuna katkıda bulundu. Ancak, 1938'e kadar İsveç Krallığı'nda kontraseptif bilgisi ve satışı yasaktı. Gordon Stein, Svante Arrhenius'un ateist olduğunu yazdı.[26][27] Son yıllarında hem ders kitapları hem de popüler kitaplar yazarak, ele aldığı konular üzerine daha fazla çalışma yapılması ihtiyacının altını çizmeye çalıştı. Eylül 1927'de şiddetli bağırsak katarrhı atağı geçirdi ve 2 Ekim'de öldü. Uppsala'ya gömüldü.
Evlilikler ve aile
[değiştir]
İki kez evlendi, ilk evliliğini eski öğrencisi Sofia Rudbeck ile (1894–1896) yaptı ve bir oğlu Olof Arrhenius [sv; fr] oldu, daha sonra Maria Johansson ile (1905–1927) evlendi ve iki kızı ve bir oğlu oldu.
Arrhenius, bakteriolog Agnes Wold'un,[28] kimyager Svante Wold'un[29] ve okyanus biyojeokimyacısı Gustaf Arrhenius'un [sv; fr; ru; zh][30] büyükbabasıydı.
Sera etkisi
[değiştir]
Buz çağlarını açıklamak için bir teori geliştirirken Arrhenius, 1896'da, atmosferik karbondioksit (CO2) artışlarının sera etkisi yoluyla Dünya'nın yüzey sıcaklığını ne kadar artıracağı konusunda tahminleri hesaplamak için fiziksel kimyanın temel prensiplerini kullanan ilk kişi oldu.[7][31][32] Bu hesaplamalar, fosil yakıt yakma ve diğer yanma süreçlerinden kaynaklanan insan kaynaklı CO2 emisyonlarının küresel ısınmaya neden olmak için yeterince büyük olduğu sonucuna varmasına yol açtı. Bu sonuç kapsamlı bir şekilde test edildi ve modern iklim biliminin özünde yerini aldı.[33][34] Arrhenius bu çalışmasında, Joseph Fourier, John Tyndall ve Claude Pouillet de dahil olmak üzere diğer ünlü bilim adamlarının önceki çalışmalarına dayandı. Arrhenius, sera gazlarının buzul ve buzul arası dönemler arasındaki sıcaklık değişiminin açıklanmasına katkıda bulunup bulunamayacağını belirlemek istedi. Arrhenius, Pittsburgh'daki Allegheny Gözlemevi'nde Frank Washington Very ve Samuel Pierpont Langley tarafından yapılan ayın kızılötesi gözlemlerini kullanarak, Dünya atmosferindeki CO2 ve su (H2O) buharı tarafından ne kadar kızılötesi (ısı) radyasyonunun yakalandığını hesapladı. 'Stefan yasasını' (Stefan-Boltzmann yasası olarak daha iyi bilinir) kullanarak, 'kural' olarak adlandırdığı şeyi formüle etti. Orijinal halinde Arrhenius'un kuralı şöyledir:
Eğer karbonik asit miktarı geometrik ilerlemede artarsa, sıcaklıktaki artış neredeyse aritmetik ilerlemede artacaktır.
Burada Arrhenius, CO2'ye (modern kullanımda sadece sulu H2CO3 formuna işaret eden) karbonik asit der. Arrhenius'un kuralının aşağıdaki formülasyonu bugün hala kullanılmaktadır:[36]
Δ F = α ln ( C / C 0 ) {\displaystyle \Delta F=\alpha \ln(C/C_{0})}
burada C 0 {\displaystyle C_{0}} , incelenen dönemin başlangıcındaki (sıfır zaman) CO2 konsantrasyonudur (eğer hem C {\displaystyle C} hem de C 0 {\displaystyle C_{0}} için aynı konsantrasyon birimi kullanılırsa, hangi konsantrasyon biriminin kullanıldığı önemli değildir); C {\displaystyle C} , incelenen dönemin sonundaki CO2 konsantrasyonudur; ln doğal logaritmadır (= e tabanındaki logaritma (loge)); ve Δ F {\displaystyle \Delta F} , sıcaklıktaki artıştır, başka bir deyişle Dünya yüzeyinin ısınma hızındaki değişikliktir (radyatif zorlama), bu da Watt/metrekare olarak ölçülür.[36] Atmosferik radyatif transfer modellerinden türetilmeler, Dünya atmosferi için CO2'nin α {\displaystyle \alpha} (alfa)'sının 5,35 (± %10) W/m2 olduğunu bulmuştur.[37]
Meslektaşı Arvid Högbom'dan gelen bilgilere dayanarak,[38] Arrhenius, fosil yakıtların yakılması ve diğer yanma süreçlerinden kaynaklanan karbondioksit emisyonlarının küresel ısınmaya neden olmak için yeterince büyük olduğunu tahmin eden ilk kişiydi. Arrhenius hesaplamasında su buharındaki değişikliklerden kaynaklanan geri beslemeyi ve enlem etkilerini de dahil etti, ancak bulutları, atmosferde yukarı doğru ısı konveksiyonunu ve diğer önemli faktörleri atladı. Çalışması şu anda küresel ısınmanın doğru bir ölçümü olarak değil, atmosferik CO2'deki artışların, diğer her şey eşit olduğunda küresel ısınmaya neden olacağının ilk gösterimi olarak görülüyor.
Arrhenius'un CO2 için absorpsiyon değerleri ve sonuçları, 1900'de iki absorpsiyon bandıyla CO2'nin ilk modern kızılötesi absorpsiyon spektrumunu yayınlayan ve gazın atmosferdeki kızılötesi radyasyon absorpsiyonunun zaten "doymuş" olduğunu, böylece daha fazlasının eklenmesinin bir fark yaratmayacağını gösteren deneysel sonuçlar yayınlayan Knut Ångström tarafından eleştirildi. Arrhenius, 1901'de (Annalen der Physik) güçlü bir şekilde yanıt vererek eleştiriyi tamamen reddetti. Lehrbuch der kosmischen Physik (1903) adlı teknik bir kitapta konuya kısaca değindi. Daha sonra, insan kaynaklı CO2 emisyonlarının dünyanın yeni bir buz çağına girmesini önlemek için yeterli olacağını ve hızla artan nüfusu beslemek için daha sıcak bir dünyaya ihtiyaç duyulacağını öne sürdüğü geniş bir kitleye yönelik Världarnas utveckling (1906) (Almanca: Das Werden der Welten [1907], İngilizce: Worlds in the Making [1908]) adlı eseri yazdı:
"Şimdi göreceğimiz gibi, Dünya yüzeyinin sıcaklığı, bir ölçüde onu çevreleyen atmosferin özelliklerine ve özellikle de ikincisinin ısı ışınları için geçirgenliğine bağlıdır." (s. 46)
"Atmosferik zarfların gezegenlerden ısı kayıplarını sınırladığını, 1800 civarında büyük Fransız fizikçi Fourier tarafından önerilmişti. Onun fikirleri daha sonra Pouillet ve Tyndall tarafından daha da geliştirildi. Onların teorisi, atmosferin seraların cam panelleri gibi davrandığını düşündükleri için sera etkisi teorisi olarak adlandırıldı." (s. 51)
"Eğer havadaki karbonik asit [CO2 + H2O → H2CO3 (karbonik asit)] miktarı mevcut yüzdesinin yarısına düşerse, sıcaklık yaklaşık 4° düşecektir; dörtte birine azalma, sıcaklığı 8° düşürecektir. Öte yandan, havadaki karbondioksit yüzdesinin iki katına çıkarılması, Dünya yüzeyinin sıcaklığını 4° yükseltecek; ve eğer karbondioksit dört kat artarsa, sıcaklık 8° yükselecektir." (s. 53)
"Deniz, karbonik asiti emerek, üretilen karbonik asidin yaklaşık beş altısını alan muazzam kapasiteli bir regülatör görevi görse de, atmosferdeki küçük orandaki karbonik asidin, endüstrinin gelişmesiyle birkaç yüzyıl içinde belirgin bir şekilde değişebileceğini fark ediyoruz." (s. 54)
"İnsan, Dünya'da ortaya çıktıktan sonra bile, sıcak çağlar buzul dönemleriyle değiştiğinden, kendimize şu soruyu sormak zorundayız: Gelecek jeolojik çağlarda bizi ılıman ülkelerimizden Afrika'nın daha sıcak iklimlerine sürecek yeni bir buzul çağıyla karşılaşmamız muhtemel mi? Böyle bir endişeye yol açacak fazla bir neden görünmüyor. Endüstriyel tesislerimiz tarafından yapılan muazzam kömür yanması, havadaki karbondioksit yüzdesini algılanabilir bir ölçüde artırmak için yeterlidir." (s. 61)
"Dünyada depolanmış kömürün mevcut nesil tarafından gelecek düşünülmeden israf edildiğine dair sık sık yakınmalar duyarız ve günümüzdeki volkanik patlamaların ardından yaşam ve mülklerde oluşan korkunç yıkımdan korkarız. Burada, her durumda olduğu gibi, kötülüğün içine karışmış iyi bir şey bulmamızda bir tür teselli bulabiliriz. Atmosferde artan karbonik asit yüzdesinin etkisiyle, özellikle Dünya'nın daha soğuk bölgeleri açısından, Dünya'nın şu andakinden çok daha bol ürünler vereceği, hızla çoğalan insanlık için faydalı çağların tadını çıkarabileceğimizi umuyoruz." (s. 63)
Şu anda kabul gören fikir birliği açıklaması, tarihsel olarak, yörünge zorlamasının buz çağlarının zamanlamasını belirlediği, CO2'nin ise temel bir yükseltici geri bildirim görevi gördüğüdür.[39][40] Bununla birlikte, sanayi devriminden bu yana meydana gelen CO2 salımları, CO2'yi 10 ila 15 milyon yıl öncesinden bu yana görülmeyen bir seviyeye çıkardı; o zamanlar küresel ortalama yüzey sıcaklığı şimdikinden 6 °C (11 °F) daha sıcaktı ve neredeyse tüm buzlar erimişti, dünya deniz seviyelerini bugünküne göre yaklaşık 30 metre (100 fit) daha yükseltmişti.[41]
Arrhenius, kendi zamanındaki CO2 seviyelerine dayanarak, seviyelerin 0,62-0,55 azaltılmasının sıcaklıkları 4-5 °C (Santigrat) düşüreceğini ve CO2'nin 2,5 ila 3 kat artmasının Kuzey Kutbu'nda 8-9 °C'lik bir sıcaklık artışına neden olacağını tahmin etti.[31][42] Worlds in the Making adlı kitabında atmosferin "sera etkisi" teorisini anlattı.[43]
1971'de S. Ichtiaque Rasool ve Stephen Henry Schneider, atmosferik CO2 konsantrasyonunun iki katına çıkarılmasının Dünya'nın sıcaklığını yaklaşık 0,8°C artıracağını ve on kat artışın sıcaklığı 2,5°C artıracağını belirlediler. Sonuçları, ne kadar kömür yakılırsa yakılsın, yaklaşan buzul çağını engelleyemeyeceğimizdi.[44] Arrhenius ve Ångström hem nitel hem de nicel olarak yanlışlardı.[alıntı gerekli]
Eserleri
[değiştir]
1884, Recherches sur la conductibilité galvanique des électrolytes, doktora tezi, Stockholm, Kraliyet matbaası, P. A. Norstedt & Söner, 155 sayfa.
1896a, Ueber den Einfluss des Atmosphärischen Kohlensäurengehalts auf die Temperatur der Erdoberfläche, İsveç Kraliyet Bilim Akademisi Bildirileri'nde, Stockholm 1896, Cilt 22, I N. 1, sayfa 1–101.
1896b, On the Influence of Carbonic Acid in the Air upon the Temperature of the Ground, London, Edinburgh, ve Dublin Felsefe Dergisi ve Bilim Dergisi (beşinci seri), Nisan 1896. cilt 41, sayfa 237–275.
1901a, Ueber die Wärmeabsorption durch Kohlensäure, Annalen der Physik, Cilt 4, 1901, sayfa 690–705.
1901b, Über Die Wärmeabsorption Durch Kohlensäure Und Ihren Einfluss Auf Die Temperatur Der Erdoberfläche. İsveç Kraliyet Bilim Akademisi Bildirilerinin Özeti, 58, 25–58.
Arrhenius, Svante. Die Verbreitung des Lebens im Weltenraum. Die Umschau, Frankfurt a. M., 7, 1903, 481–486.
Lehrbuch der kosmischen Physik (Almanca). Cilt 1. Leipzig: Hirzel. 1903.
Lehrbuch der kosmischen Physik (Almanca). Cilt 2. Leipzig: Hirzel. 1903.
1906, Die vermutliche Ursache der Klimaschwankungen, Meddelanden från K. Vetenskapsakademiens Nobelinstitut, Cilt 1 No 2, sayfa 1–10
1908, Das Werden der Welten (Dünyanın Oluşumu; evrenin evrimi), Akademik Yayın Evi, Leipzig, 208 sayfa.
Ayrıca bakınız
[değiştir]
Astronomi portalı
Yıldızlar portalı
Uzay portalı
Güneş Sistemi portalı
Okullar portalı
Bilim portalı
Arrhenius yasası
Arrhenius grafiği
İklim değişikliği biliminin tarihi
Néel gevşeme teorisi, ayrıca Néel-Arrhenius teorisi olarak da adlandırılır
Karışımlar için viskozite modelleri
James Croll
Eunice Newton Foote
George Perkins Marsh
Milutin Milanković
Greta Thunberg – iklim aktivisti ve Arrhenius'un uzak akrabası[45]
Referanslar
[değiştir]
Kaynaklar
[değiştir]
Bu makale, şu anda kamu malı olan bir yayından metin içermektedir: Chisholm, Hugh, ed. (1911). "Arrhenius, Svante August". Encyclopædia Britannica. Cilt 2 (11. baskı). Cambridge University Press. s. 648.
Daha fazla okuma
[değiştir]
Snelders, H. A. M. (1970). "Arrhenius, Svante August". Dictionary of Scientific Biography. Cilt 1. New York: Charles Scribner's Sons. ss. 296–301. ISBN 978-0-684-10114-9.
Crawford, Elisabeth T. (1996). Arrhenius: from ionic theory to the greenhouse effect. Canton, MA: Science History Publications. ISBN 978-0-88135-166-8.
Coffey, Patrick (2008). Cathedrals of Science: The Personalities and Rivalries That Made Modern Chemistry. Oxford University Press. ISBN 978-0-19-532134-0.