温室效应示意图
大气中某些气体能强烈吸收地面的长波辐射(热)，使之不能散射到宇宙中，具有很强的温室作用。这些气体称为温室气体，它们主要有二氧化碳(CO2)、甲烷、臭氧、一氧化二氮、氟里昂以及水汽等。温室效应主要是因为人类活动增加了温室气体的数量和种类，阻止了地面热量的散发，从而使地球变暖。
早在1938年，英国气象学家卡林达在分析了19世纪末世界各地零星的CO2观测资料后，就指出当时CO2浓度已比世纪初上升了6%。由于他还发现从上世纪末到本世纪中叶全球也存在变暖倾向，因而在世界上引起了很大反响。为此，美国斯克里普斯海洋研究所的凯林于1958年在夏威夷的冒纳罗亚山海拔3400米的地方建立起了观测所，开始了大气中CO2含量的精密观测。
1958年4月到1991年6月，人们对冒纳罗亚山大气中CO2的浓度进行了观测，发现1958年大气中CO2含量不过315ppm左右，而1991年已经达到了355ppm。问题的严重性还在于，目前(1996年)人类每年燃烧55亿吨化石燃料(每吨约产生4吨CO2)中，大约只有一半进入了大气，其余一半主要被海洋和陆地植物所吸收。一旦海洋中CO2达到饱和，大气中CO2含量将成倍上升。此外，他们还发现CO2含量还有季节变化，冬夏可以相差6ppm。这主要是由于北半球广阔大陆上植被冬枯夏荣的结果，也就是植物在夏季大量吸收CO2因而使大气中CO2浓度相对降低。
根据对南极和格陵兰大陆冰盖中密封的气泡中空气的CO2浓度测定，过去长期以来大气中CO2含量一直比较稳定，大体是280ppm左右。只是从18世纪中叶，即工业革命前后开始稳定上升。即人类用了240年时间，使大气中CO2浓度从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陆地上的森林，尤其是热带雨林。为减少大气中过多的二氧化碳，一方面需要人们尽量节约能源，以减少对化石燃料的消耗。另一方面保护好森林和海洋，比如不让海洋受到污染以保护浮游生物的生存。还可以通过植树造林，减少使用一次性木筷，节约纸张，不破坏城市植被等行动来保护陆地植物，使它们多吸收二氧化碳，以帮助减缓温室效应。
海洋中的浮游生物显微照片
海洋中的浮游生物和陆地上的热带雨林是吸收地球表面二氧化碳的主力军
热带雨林照片
海洋中的浮游生物和陆地上的热带雨林是吸收地球表面二氧化碳的主力军
甲烷是仅次于CO2的重要温室气体。它在大气中的浓度虽比CO2少得多，但增长率则大得多。据联合国政府间气候变化委员会(IPCC)1996年发表的第二次气候变化评估报告，从1750-1990年共240年间CO2增加了30%，而同期甲烷却增加了145%。甲烷也称沼气，是缺氧条件下有机物腐烂时产生的。例如水田，堆肥和畜粪等都会产生沼气。一氧化二氮又称笑气，因为吸入一定浓度的这种气体后会引起面部肌肉痉挛，看上去像在发笑一样。主要是使用化肥，燃烧化石燃料和生物体所产生。大气中的臭氧含量，在平流层中虽有减少，但在对流层中是增加的，这在后面还要专门谈到。氟里昂气体是氯、氟和碳的化合物；自然界里本不存在，完全是人类制造出来的。由于它的融点和沸点都比较低，不燃，不爆，无臭，无害，稳定性极好，因此广泛用来制造制冷剂、发泡剂和清洁剂等。地球大气中浓度最高的氟里昂12和氟里昂11含量虽都极少，但过去增长率却很高，都是年增5%。由于它剧烈破坏大气臭氧层，根据1987年国际《蒙特利尔议定书》它在大气中的浓度从21世纪初开始可望逐渐减少。
应当说明，CO2以外的其它温室气体在大气中的浓度虽比CO2小得多，有的要小好几个量级，但它们的温室效应作用却比CO2强得多。因此它们对大气温室效应的贡献，根据IPCC第二次《报告》，都只比CO2低一个量级。如果说它们对地球大气温室效应的总贡献和CO2相比，在1960年以前还是很小的话，那么不久的将来便会和CO2并驾齐驱以至超过CO2，这是不可忽视的。
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