Svante Arrhenius Rootsi Nobeli laureaat, füüsikalise keemia ja kliimauurija

Svante August Arrhenius (19. veebruar 1859 - 2. oktoober 1927) oli Nobeli preemia saanud rootsi teadlane, kes tegi avastusi füüsikas, keemias ja maateadustes.

Algselt oli ta füüsik, kuid 1903. aastal sai ta Nobeli keemiaauhinna ja oli füüsikalise keemia rajaja.

Hiljem pöördus ta teiste teaduslike probleemide poole. Ta oli esimene inimene, kes ennustas, et süsinikdioksiidi heitkogused, mis tulenevad näiteks fossiilkütuste põletamisest, põhjustavad globaalset soojenemist.

Biograafia lühidalt

Arrhenius sündis 19. veebruaril 1859 Vikis (Uppsala lähedal) Rootsis. Ta õppis Uppsala ülikoolis ja kaitses doktorikraadi 1884. Oma karjääri jooksul töötas ta erinevates akadeemilistes ja teadusasutustes Rootsis ning oli aktiivne ka populaarteaduse vallas. Ta oli Rootsi teaduste akadeemia liige ja juhtis hiljem Nobeli füüsikalise keemia instituuti Stockholmis.

Teadustöö ja tähtsamad avastused

Ioonide dissotsiatsiooni teooria: Arrheniuse varasem töö tutvustas ideed, et mõned ühendid dissotsieeruvad vees ioonideks. See oli oluline samm elektrolüütilise dissotsiatsiooni ja happe-aluse keemia mõistmises.
Arrheniuse võrrand: Ta töötas välja seose, mis seob keemiliste reaktsioonide kiirused temperatuuri ja aktivatsioonienergiaga (tuntud kui Arrheniuse seadus või Arrheniuse võrrand). See võrrand on siiani põhiline tööriist keemiatehnikas ja reaktsioonikineetikas.
Kliimateadus ja kasvuhooneefekt: 1896. aastal avaldas Arrhenius töid, milles arvutas, kuidas atmosfääris oleva süsinikdioksiidi kontsentratsiooni muutus mõjutab Maa pinnatemperatuuri. Ta oli esimene teadlane, kes kvantitatiivselt näitas, et fossiilkütuste põletamine võib põhjustada globaalse temperatuuri tõusu.
Populaarteadus ja kosmoloogia ideed: Arrhenius kirjutas ka laiemale lugejaskonnale (nt teos "Worlds in the Making"), kus käsitles elu levikut kosmoses (panspermia) ja muid suuremaid kosmoloogilisi teemasid.

Nobel ja pärand

1903. aastal pälvis Arrhenius Nobeli keemiaauhinna oma tööde eest elektrolüütilise dissotsiatsiooni alal ja füüsikalise keemia arendamise eest. Tema teaduslik pärand on mitmekülgne: Arrheniuse nimi on püsivalt seotud nii reaktsioonikineetika kui ka kliimateaduse algtöödega. Tema meetodid ja mõisted (nt Arrheniuse võrrand) on tänapäevani laialdaselt kasutusel.

Üldine mõju ja kriitika

Kuigi Arrhenius oli oma ajastu läbimurrete tegija, olid tema mõned sotsiaalsed ja poliitilised seisukohad ajas vastuolulised ning neid on hiljem kriitiliselt hinnatud. Teaduslikult jääb aga tema panus keemia, füüsika ja kliimateaduse alustesse oluliseks.

Miks tema töö on tähtis tänapäeval

Arrheniuse varajane analüüs süsinikdioksiidi ja temperatuuri vahelisest seosest oli esmaseks aluseks kaasaegsele kliimateadusele. Tema tööd näitavad, et inimtegevusel (nt fossiilkütuste põletamine) võib olla pikaajaline mõju globaalsele kliimale, mis on tänapäeva aruteludes kliimamuutuste ja heitkoguste vähendamise küsimustes jätkuvalt oluline argument.

Varajane töö

Tema varajane töö oli elektrolüütide juhtivuse uurimine. Selle töö põhjal esitas ta 1884. aastal Uppsala ülikoolile doktoritööks 150-leheküljelise töö elektrolüütilise juhtivuse kohta. See ei avaldanud professoritele muljet ja ta sai madalatasemelise kraadi. Hiljem teenisid selle töö laiendused talle Nobeli keemiapreemia.

Doktoritöö tähtsaim idee oli tema selgitus, et ei puhtad soolad ega puhas vesi ei ole elektrijuht, vaid soolade lahused vees on seda.

Arrheniuse selgitus oli, et lahuse moodustamisel jaguneb sool laetud osakesteks (millele Michael Faraday oli aastaid varem andnud nime ioonid). Faraday uskus, et ioonid tekivad elektrolüüsi käigus; Arrheniuse idee oli, et soolade lahused sisaldavad ioone ka elektrivoolu puudumisel. Ta pakkus välja, et keemilised reaktsioonid lahuses on ioonide vahelised reaktsioonid.

Arrhenius pakkus 1884. aastal oma iooniteaduse teooria laiendusena välja hapete ja aluste definitsioonid. Ta uskus, et happed on ained, mis toodavad lahuses vesinikioone, ja et alused on ained, mis toodavad lahuses hüdroksiidioone.

Nobeli preemia

1900. aasta paiku hakkas Arrhenius osalema Nobeli instituutide ja Nobeli preemiate loomisel. Oma ülejäänud elu jooksul oli ta Nobeli füüsikakomitee ja Nobeli keemiakomitee liige.

Ta kasutas oma positsiooni selleks, et korraldada auhindu oma sõpradele (Jacobus van't Hoff, Wilhelm Ostwald, Theodore Richards) ja püüda neid keelata oma vaenlastele (Paul Ehrlich, Walther Nernst). 1903. aastal sai ta esimese Rootsi persnina Nobeli keemiapreemia.

Hilisemad tööd

Pärast seda, kui ta oli endale nime teinud, pöördus ta teiste teaduslike küsimuste poole.

Füsioloogia

1904. aastal pidas ta (California Ülikoolis) mitu loengut, milles püüdis näidata füüsikalise keemia meetodite rakendamist toksiinide ja antitoksiinide teooria uurimisel ning mis avaldati 1907. aastal pealkirja "Immunokeemia" all.

Maa- ja planeediateadused

Ta pööras oma tähelepanu ka geoloogiale (jääaegade tekkimine), astronoomiale, füüsikalisele kosmoloogiale ja astrofüüsikale, selgitades Päikesesüsteemi tekkimist tähtedevahelise kokkupõrke kaudu. Ta käsitles kiirgussurvet, mis seletab komeete, päikesekoroonat, põhjakaare ja sodiaagivalgust.

Ta arvas, et elu võis kanduda planeedilt planeedile spooride transportimise teel. See idee on nüüd tuntud kui panspermia.

Kasvuhooneefekt

Arrhenius mõtles välja teooria jääaegade seletamiseks ja 1896. aastal oli ta esimene teadlane, kes arvas, et süsinikdioksiidi taseme muutumine atmosfääris võib kasvuhooneefekti kaudu pinnatemperatuuri oluliselt muuta. Teda mõjutasid teiste, sealhulgas Joseph Fourier' tööd. Arrhenius kasutas Kuu infrapunavaatlusi, et välja töötada infrapunakiirguse neeldumine atmosfääri CO₂ ja veeauru poolt. Arrheniuse kasvuhooneseadus on algsel kujul järgmine:

"Kui süsihappe kogus suureneb geomeetrilises progressioonis, suureneb temperatuur peaaegu aritmeetilises progressioonis".

Seda lihtsustatud väljendit kasutatakse tänapäevalgi:

ΔF = α ln(C/ C 0 {\displaystyle C_{0}} $C_{0}$ )

Tema raamat "Maailmad loomisel" (1908) oli suunatud laiale publikule. Ta pakkus välja, et inimkonna CO₂ emissioon on piisavalt tugev, et peatada maailma sisenemine uude jääaega, ja et kiiresti kasvava rahvastiku toitmiseks on vaja soojemat Maad:

"Teatud määral on maapinna temperatuur... [seotud] seda ümbritseva atmosfääriga ja eriti selle soojuskiirte läbilaskvusega". (p46)

"[Seda] teooriat nimetati kuumade majade teooriaks, sest nad arvasid, et atmosfäär toimib kuumade majade klaasplaatide eeskujul." (p51)

"Kui süsihappe kogus õhus peaks vähenema poole võrra praegusest protsendist, langeks temperatuur umbes 4° võrra; vähenemine veerandini vähendaks temperatuuri 8° võrra. Teisalt, süsinikdioksiidi protsendi kahekordistumine õhus tõstaks maapinna temperatuuri 4° võrra; ja kui süsinikdioksiidi hulk suureneks neljakordselt, tõuseks temperatuur 8° võrra". (p53)

"Kuigi meri, absorbeerides süsihapet, toimib tohutu võimsusega regulaatorina, mis võtab üles umbes viis kuuendikku toodetud süsihappest, tunnistame siiski, et väike süsihappe protsent atmosfääris võib tööstuse edusammude tõttu mõne sajandi jooksul märgatavalt muutuda". (p54)

"Atmosfääris suureneva süsihappe mõjul võime loota, et saame nautida ajastuid, kus kliima on tasakaalustatum ja parem, eriti mis puudutab Maa külmemaid piirkondi, ajastuid, mil Maa annab palju rikkalikumaid saake kui praegu, mis tulevad kasuks kiiresti paljunevale inimkonnale." (p63)

Ta oli esimene, kes ennustas, et fossiilkütuste põletamisel ja muudes põlemisprotsessides tekkiva süsinikdioksiidi heitkogused põhjustavad globaalset soojenemist. Arrhenius uskus selgelt, et soojem maailm oleks positiivne muutus. Sellest hoolimata jättis enamik teadlasi kuni umbes 1960. aastani kasvuhooneefekti kõrvale, sest nad pidasid selle toimumist väga ebatõenäoliseks. Milutin Milankovitch oli esitanud mehhanismi jääaegade tekkimiseks: ta kasutas Maa orbiidi tsüklilisi muutusi (Milankovitchi tsüklid). Tänapäeval on aktsepteeritud selgitus, et orbitaalne mõjutus määrab jääaja ajastuse, kusjuures CO₂ toimib võimendava tagasisidena.

Inimeseasjad

Ta mõtles universaalkeele ideele (üks keel, mida räägiksid kõik), pakkudes välja inglise keele modifikatsiooni.

Arrhenius oli üks mitmetest juhtivatest Rootsi teadlastest, kes aitas 1922. aastal luua Riikliku Rassibioloogia Instituudi. See oli eugeeniliselt mõjutatud idee. Algselt oli see kavandatud Nobeli instituudina. Arrhenius oli instituudi juhatuse liige, nagu ta oli olnud ka 1909. aastal asutatud Rootsi Rassehügieeni (eugeenika) seltsis.