溫室效應示意圖
大氣中某些氣體能強烈吸收地面的長波輻射(熱)，使之不能散射到宇宙中，具有很強的溫室作用。這些氣體稱為溫室氣體，它們主要有二氧化碳(CO2)、甲烷、臭氧、一氧化二氮、氟裡昂以及水汽等。溫室效應主要是因為人類活動增加了溫室氣體的數量和種類，阻止了地面熱量的散發，從而使地球變暖。
早在1938年，英國氣象學家卡林達在分析了19世紀末世界各地零星的CO2觀測資料後，就指出當時CO2濃度已比世紀初上升了6%。由於他還發現從上世紀末到本世紀中葉全球也存在變暖傾向，因而在世界上引起了很大反響。為此，美國斯克裡普斯海洋研究所的凱林於1958年在夏威夷的冒納羅亞山海拔3400米的地方建立起了觀測所，開始了大氣中CO2含量的精密觀測。
1958年4月到1991年6月，人們對冒納羅亞山大氣中CO2的濃度進行了觀測，發現1958年大氣中CO2含量不過315ppm左右，而1991年已經達到了355ppm。問題的嚴重性還在於，目前(1996年)人類每年燃燒55億噸化石燃料(每噸約產生4噸CO2)中，大約只有一半進入了大氣，其余一半主要被海洋和陸地植物所吸收。一旦海洋中CO2達到飽和，大氣中CO2含量將成倍上升。此外，他們還發現CO2含量還有季節變化，冬夏可以相差6ppm。這主要是由於北半球廣闊大陸上植被冬枯夏榮的結果，也就是植物在夏季大量吸收CO2因而使大氣中CO2濃度相對降低。
根據對南極和格陵蘭大陸冰蓋中密封的氣泡中空氣的CO2濃度測定，過去長期以來大氣中CO2含量一直比較穩定，大體是280ppm左右。只是從18世紀中葉，即工業革命前後開始穩定上升。即人類用了240年時間，使大氣中CO2濃度從280ppm上升到355ppm。
地球上可以吸收大量二氧化碳的是海洋中的浮游生物和陸地上的森林，尤其是熱帶雨林。為減少大氣中過多的二氧化碳，一方面需要人們儘量節約能源，以減少對化石燃料的消耗。另一方面保護好森林和海洋，比如不讓海洋受到污染以保護浮游生物的生存。還可以通過植樹造林，減少使用一次性木筷，節約紙張，不破壞城市植被等行動來保護陸地植物，使它們多吸收二氧化碳，以幫助減緩溫室效應。
海洋中的浮游生物顯微照片
海洋中的浮游生物和陸地上的熱帶雨林是吸收地球表面二氧化碳的主力軍
熱帶雨林照片
海洋中的浮游生物和陸地上的熱帶雨林是吸收地球表面二氧化碳的主力軍
甲烷是僅次於CO2的重要溫室氣體。它在大氣中的濃度雖比CO2少得多，但增長率則大得多。據聯合國政府間氣候變化委員會(IPCC)1996年發表的第二次氣候變化評估報告，從1750-1990年共240年間CO2增加了30%，而同期甲烷卻增加了145%。甲烷也稱沼氣，是缺氧條件下有機物腐爛時產生的。例如水田，堆肥和畜糞等都會產生沼氣。一氧化二氮又稱笑氣，因為吸入一定濃度的這種氣體後會引起面部肌肉痙攣，看上去像在發笑一樣。主要是使用化肥，燃燒化石燃料和生物體所產生。大氣中的臭氧含量，在平流層中雖有減少，但在對流層中是增加的，這在後面還要專門談到。氟裡昂氣體是氯、氟和碳的化合物﹔自然界裡本不存在，完全是人類製造出來的。由於它的融點和沸點都比較低，不燃，不爆，無臭，無害，穩定性極好，因此廣泛用來製造制冷劑、發泡劑和清潔劑等。地球大氣中濃度最高的氟裡昂12和氟裡昂11含量雖都極少，但過去增長率卻很高，都是年增5%。由於它劇烈破壞大氣臭氧層，根據1987年國際《蒙特利爾議定書》它在大氣中的濃度從21世紀初開始可望逐漸減少。
應當說明，CO2以外的其它溫室氣體在大氣中的濃度雖比CO2小得多，有的要小好幾個量級，但它們的溫室效應作用卻比CO2強得多。因此它們對大氣溫室效應的貢獻，根據IPCC第二次《報告》，都只比CO2低一個量級。如果說它們對地球大氣溫室效應的總貢獻和CO2相比，在1960年以前還是很小的話，那麼不久的將來便會和CO2並駕齊驅以至超過CO2，這是不可忽視的。
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