گازهای گلخانه‌ای (Greenhouse Gases) و اثر گلخانه ای

مهم‌ترین گازهای گلخانه‌ای شامل دی‌اکسید کربن، متان و اکسید نیتروس می‌باشد، اما غالب‌ترین گاز گلخانه‌ای موجود در اتمسفر بخار آب می‌باشد که در دو سوم از اثرات گازهای گلخانه‌ای سهیم می‌باشد. مابقی(یک سوم) اثرات گازهای گلخانه‌ای را به سایر گاز‌ها نسبت می‌‌دهند. حدود 75 درصد (سه چهارم) از اثرات گازهای گلخانه‌ای افزایش یافته یا اثرات گازهای گلخانه‌ای انسانی به دی‌اکسید کربن نسبت داده می‌‌شود. بیشتر گازهای گلخانه‌ای (دی‌اکسید کربن، متان، اکسید نیتروس و بخار آب) از طریق منابع طبیعی منتشر می‌‌شوند و برای مدت زمان طولانی در اتمسفر باقی می‌‌مانند. در مرز فوقانی اتمسفر زمین، میزان اشعه خورشیدی ورودی به اتمسفر که «ثابت خورشیدی» (Solar constant) نامیده می‌‌شود تقریباً 8/16 ژول بر سانتی‌متر مربع است. حداکثر اشعه خورشیدی ورودی به اتمسفر در طول موج‌های 0/8 – 0/4 میکرومتر اتفاق می‌افتد، که اساساً قسمت مرئی طیف الکترومغناطیسی است. تقریباً 42 درصد از این انرژی 1) توسط اتمسفر فوقانی جذب می‌‌شود، 2) از طریق ابر‌ها به فضا بازتابش می‌‌شود، 3) توسط اتمسفر به سمت بالا پراکنده می‌‌شود، 4) توسط سطح زمین بازتابش می‌‌شود و یا 5) توسط بخار آب و ابر‌ها جذب می‌‌شود. تقریباً 47 درصد اشعه خورشیدی ورودی به زمین توسط آب و سطوح خشک زمین جذب می‌‌شود. زمین به عنوان یک جسم در درجه حرارت تقریباً 17 درجه سانتی‌گراد، پرتو با طول موج بلند ساطع می‌کند که حداکثر شدت آن در طول موج‌های 12 – 4 میکرومتر (نزدیک ناحیه مادون قرمز) اتفاق می‌‌افتد. مقدار زیادی از این اشعه توسط بخار آب و دی‌اکسید کربن در اتمسفر نزدیک سطح زمین جذب می‌‌شود. از آنجایی‌که بخار آب و دی‌اکسید کربن اکثر اشعه خورشیدی ورودی را از خود عبور می‌دهند (آن را جذب نمی‌‌کنند) اما اشعه با طول موج بلند حاصل از سطح زمین را جذب می‌‌نمایند، لذا اثر کلی باعث گرمایش اتمسفر می‌‌شود که بستگی به مقدار بخار آب و دی‌اکسید کربن موجود در اتمسفر پایینی دارد. این اثر تحت عنوان «اثر گلخانه‌ای» (Greenhouse effect) شناخته شده است. تعدادی از محققین عنوان کرده‌اند که 100 درصد افزایش در محتوای بخار آب و دی‌اکسید کربن اتمسفر می‌‌تواند منجر به افزایش 1 تا 2 درجه سانتی‌گراد در درجه حرارت اتمسفر شود.