ใครเป็นผู้ก่อโลกร้อนหมายเลขหนึ่ง?

ธันวาคม 2547 ชาวกรุงปักกิ่งได้รับคำเตือนจากทางการให้อยู่ในอาคารบ้านเรือน หรือหากจำเป็นต้องออกนอกบ้านก็ควรใส่หน้ากากป้องกันมลพิษ มลพิษทางอากาศที่รุนแรงได้ปกคลุมเขตเมืองปักกิ่งเป็นเวลา 3 วัน การขาดแคลนด้านพลังงานได้มาถึงจุดวิกฤต จีนได้ทำการสร้างโรงไฟฟ้าถ่านหินขึ้นอย่างขนานใหญ่ สวนทางกับการปรับปรุงและควบคุมคุณภาพอากาศที่มีการดำเนินการมาหลายปี

ข้อมูลจากการศึกษาครั้งใหม่ โดยองค์กรการประเมินผลด้านสิ่งแวดล้อมแห่งเนเธอร์แลนด์ ระบุว่า ในปี 2549 จีนปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มากที่สุดในโลก คิดเป็นปริมาณ 6,200 ล้านตัน ในขณะที่สหรัฐอเมริกาซึ่งเป็นผู้ปล่อยก๊าซเรือนกระจกรายใหญ่ที่สุดของโลก ปล่อยก๊าซออกมาในปริมาณ 5,800 ล้านตัน ในปีเดียวกัน แต่ความรับผิดชอบในการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์อันมหาศาลนี้ มิใช่เฉพาะจีนเท่านั้น แต่หากรวมถึงกรุงวอชิงตัน บรัสเซลล์ และโตเกียวด้วย

สาเหตุหนึ่งของเรื่องนี้คือ ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา ประเทศตะวันตกได้ส่งออกกระบวนการผลิตทางอุตสาหกรรมจำนวนมากไปยังจีน โดยไม่มีการติดตามด้านสิ่งแวดล้อมของการย้ายฐานการผลิตดังกล่าว สิ่งเดียวที่บรรษัทข้ามชาติสนใจ คือ เรื่องค่าแรง ที่จะทำให้ผลิตภัณฑ์นั้นมีราคาถูกลง และปล่อยภาระต้นทุนของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกอันมหาศาลให้กับจีน ในระยะยาว นโยบายนี้ถือเป็นอันตรายต่อสภาพภูมิอากาศ และเป็นด้านกลับของโลกาภิวัฒน์

ถ่านหินเป็นแหล่งพลังงานขั้นปฐมภูมิของจีน คิดเป็นประมาณร้อยละ 69 ของแหล่งผลิตพลังงานทั้งหมดในประเทศ สูงกว่าค่าเฉลี่ยของโลกซึ่งอยู่ที่ร้อยละ 42  จีนเริ่มตระหนักถึงผลกระทบของการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล เมื่อต้องเผชิญกับผลกระทบอันรุนแรงจากภาวะโลกร้อน ไม่ว่าจะเป็นพายุไต้ฝุ่น การขยายตัวของทะเลทราย และการละลายของธารน้ำแข็ง มีเสียงเรียกร้องจากภาคประชาสังคมให้รัฐบาลจีนมุ่งพัฒนาพลังงานหมุนเวียนเพื่อตัดการพัฒนาเศรษฐกิจจากการใช้เชื้อเพลิงฟอสซิล

การพิจารณาว่าประเทศใดจะต้องรับผิดชอบต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศมีความซับซ้อนมากกว่าการหาปริมาณเชื้อเพลิงฟอสซิลที่แต่ละประเทศเผาไหม้ในแต่ละปี เหตุผลอย่างแรกคือ การปล่อยก๊าซเรือนกระจกโดยรวมของประเทศอาจมีมาก แม้ว่าการปล่อยต่อหัวประชากรจะดูน้อยมาก ดังเช่นกรณีของประเทศจีน นอกจากนั้นยังมีประเด็นเรื่องปริมาณการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในอดีตที่ผ่านมา (ก่อนช่วงที่ภาวะโลกร้อนยังไม่อยู่ในกระแสความสนใจ) ซึ่งคาร์บอนไดออกไซด์ก็ยังคงอยู่ในบรรยากาศ

หากพิจารณาการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ต่อหัวประชากร สหรัฐอเมริกายังคงนำมาในอันดับหนึ่ง ส่วนจีน การปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ต่อหัวประชากรเท่ากับ 3.5 ตัน ในขณะที่สหราชอาณาจักรนั้นเป็นเกือบ 10 ตัน และชาวอเมริกาเหนือเท่ากับ 20 ตัน กลุ่มประเทศอุตสาหกรรมชั้นนำ G8 นั้นมีส่วนมากกว่าร้อยละ 80 ของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เราประสบในปัจจุบัน และยังคงปล่อยก๊าซออกมามากกว่าร้อยละ 40 ของปริมาณก๊าซเรือนกระจกทั่วโลก หากเราต้องการปกป้องสภาพภูมิอากาศ ทุกๆ คน ต้องช่วยกัน ประเทศจีนต้องมีนโยบายที่ดี ประเทศตะวันตกมีเทคโนโลยี และนำมาร่วมมือกัน เราต้องตรวจสอบแบบแผนการบริโภคซึ่งขึ้นอยู่กับสินค้าราคาถูกจากจีนที่ผลิตในโรงงานที่ใช้พลังงานที่ก่อให้เกิดมลพิษอย่างมาก

ในเรื่องการใช้ที่ดินและภูมิทัศน์ของแต่ละประเทศเป็นสิ่งที่ต้องนำมาพิจารณาด้วย เช่น กรณีของบราซิลและอินโดนีเซีย หากเราเพิ่มผลกระทบจากการทำลายป่าเข้าไปด้วย ทั้งสองประเทศนี้จะต้องขยับขึ้นมาเป็นประเทศลำดับเกือบต้นๆ ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกเลยทีเดียว

ยิ่งบิน ยิ่งร้อน : การปล่อยคาร์บอนจากภาคการบิน

การเดินทางราคาถูกโดยเครื่องบินทำให้ผู้คนนับล้านเดินทางจากประเทศหนึ่งไปยัง อีกประเทศหนึ่งในช่วงกว่าทศวรรษที่ผ่านมา ในประเทศพัฒนาแล้วหลายๆ ประเทศ การเดินทางโดยเครื่องบินเป็นภาคการคมนาคมที่ขยายตัวเร็วที่สุด และได้กลายมาเป็นปัญหาใหญ่ของความพยายามที่จะลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในภา คอื่นๆ

ในปี 2006 สหราชอาณาจักรได้เปิดเผยข้อมูลผลกระทบของการเดินทางทางอากาศที่มีต่อการ ปล่อยก๊าซเรือนกระจกของประเทศ นับจากปี 1990 การปล่อยก๊าซเรือนกระจกจากฐานการใช้เชื้อเพลิงของเที่ยวบินระหว่างประเทศ นั้นมีมากกว่า 2 เท่า คิดเป็น 9  ล้านตันของคาร์บอนที่ปล่อยออกมาในปี 2005 ซึ่งเทียบเท่าประมาณครึ่งหนึ่งของการปล่อยคาร์บอนที่มาจากบ้านเรือนในสหราช อาณาจักรทั้งหมด ผลกระทบที่แท้จริงของการเดินอากาศนั้นมีมากขึ้น เนื่องจากก๊าซเรือนกระจกมีพลังหลายต่อหลายเท่าเมื่อมันถูกปล่อยในระดับสูง ในอากาศระดับสูงที่หนาวเย็น ก๊าซจะปล่อยความร้อนที่เก็บสะสมไว้ออกสู่อวกาศได้น้อยกว่า และจะเก็บความร้อนไว้ในชั้นบรรยากาศที่มันลอยตัวอยู่ เมฆขาวที่ปล่อยออกจากเครื่องบินเป็นแนวยาวหรือ contrail อาจมีส่วนทำให้เกิดภาวะโลกร้อนเพิ่มขึ้น ถึงแม้จะยังไม่มีการสรุปที่แน่ชัดก็ตาม

avaiอย่างไรก็ตาม การเดินทางโดยเครื่องบินและการเดินเรือระหว่างประเทศไม่ได้ถูกพิจารณาให้ อยู่พิธีสารเกียวโต ดังนั้นการปล่อยคาร์บอนออกมาจากภาคการคมนาคมจึงไม่มีบทบาทอะไรที่จะทำให้สห ราชอาณาจักรหรือประเทศอื่นๆ ได้บรรลุเป้าหมายตามข้อกำหนดของพิธีสารเกียวโต

การวัดศักยภาพของการทำให้เกิดโลกร้อน

เนื่องจากก๊าซเรือนกระจกแต่ละชนิดมีความสามารถในการก่อให้เกิดผลกระทบต่อสภาพภูมิอากาศต่างกันอย่างมาก นักวิจัยจึงได้ใช้หน่วยการวัดที่เรียกว่า ‘ความสามารถในการกักเก็บความร้อน’ (Global warming potential) ซึ่งจะวัดทั้งผลต่อการเกิดภาวะเรือนกระจกและระยะเวลาการคงตัวอยู่ในชั้นบรรยากาศ โดยเปรียบเทียบกับคาร์บอนไดออกไซด์ ยกตัวอย่างเช่น มีเทนมีช่วงชีวิตสั้นกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ แต่มีความสามารถในการกักเก็บความร้อนมากกว่า ความสามารถในการกักเก็บความร้อนของมีเทนอยู่ที่ประมาณ 23-25 เปรียบเทียบกับความสามารถในการกักเก็บความร้อนของคาร์บอนไดออกไซด์ซึ่งมีค่าเป็น 1 ตัวเลขเหล่านี้จะถูกคูณด้วยการแพร่หลายของก๊าซแต่ละชนิดในบรรยากาศ (prevalence) และทำให้เป็นค่าเทียบเท่าของคาร์บอน (carbon equivalent) ซึ่งนำไปสู่การพิจารณาการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในลักษณะเป็นกลุ่ม นักวิจัยได้ทำความเข้าใจถึงผลกระทบของก๊าซเรือนกระจกโดยรวมที่มีต่อบรรยากาศได้ดีขึ้นโดยการใช้ค่าเทียบเท่าของคาร์บอน การศึกษาบางชิ้นได้ใช้ค่าเทียบเท่าของคาร์บอนไดออกไซด์ (carbon dioxide equivalent) ซึ่งเป็นจำนวนที่ได้มาจากการคูณค่าเทียบเท่าของคาร์บอนด้วย 44/12 (อัตราส่วนของน้ำหนักโมเลกุลคาร์บอนไดออกไซด์และคาร์บอน)

 

ชนิดก๊าซ ผลต่อการเกิดภาวะเรือนกระจก ความสามารถในการกักเก็บความร้อน(เทียบเท่ากับคาร์บอนไดออกไซด์) ระยะเวลาที่คงอยู่ในบรรยากาศ(ปี)
คาร์บอนไดออกไซด์ (CO2) 53% 1 50-200
มีเทน(CH4) 17% 23-25 10
ไนตรัสออกไซด์ (N2O) 5% 200 150
โอโซนระดับพื้นผิว(O3) 13% 2,000 ประมาณสัปดาห์
ฮาโลคาร์บอน(CFCs) 12% มากกว่า 10,000 60-100

ที่มา : Comeau L. และ Grant T., 2001

 

 

เกิดอะไรขึ้นกับก๊าซเรือนกระจกที่เราปล่อยออกสู่บรรยากาศ?

โดยหลักการแล้ว เป็นเรื่องง่ายที่เราจะประเมินปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์จากการเผาไหม้ในแต่ละปี และเป็นเรื่องไม่ซับซ้อนเลยที่จะวัดปริมาณก๊าซเรือนกระจกในบรรยากาศ เนื่องจากก๊าซส่วนใหญ่กระจายอย่างสม่ำเสมอในชั้นบรรยากาศของโลก ปัจจัยทั้งสองอย่างนี้ทำให้เรารู้ว่าประมาณร้อยละ 50 ของคาร์บอนที่เข้าสู่บรรยากาศยังคงอยู่ที่นั่น อีกร้อยละ 25 ถูกดูดซับโดยมหาสมุทร

ส่วนที่เหลือร้อยละ 25 ไปอยู่ในระบบนิเวศภาคพื้นดินของโลก -ต้นไม้ พืช ดิน และอื่นๆ- ซึ่งเป็นเรื่องยากมากที่จะวัดปริมาณก๊าซในระบบนิเวศโดยตรง ส่วนหนึ่งเป็นเพราะเราไม่มีข้อมูลสำรวจรายละเอียดของพืชทุกชนิดบนโลก อีกทั้งสิ่งที่เราได้เพิ่มเข้าไปในระบบนิเวศนั้นมากกว่าการแลกเปลี่ยนของคาร์บอนในธรรมชาติ พืชใช้คาร์บอนไดออกไซด์เมื่อมีการสังเคราะห์แสง คาร์บอนคืนกลับสู่ดินและบรรยากาศเมื่อพืชตายและย่อยสลาย เนื่องจากพืชส่วนใหญ่อยู่ทางแถบซีกโลกเหนือ ฤดูใบไม้ผลิทางซีกโลกเหนือทำให้เกิดปรากฎการณ์ ‘หายใจเข้า’ ซึ่งทำให้ระดับของคาร์บอนไดออกไซด์ในระดับโลกลดลง ส่วนปรากฏการณ์ ‘หายใจออก’ จะพบเมื่อมีการเพิ่มขึ้นของคาร์บอนไดออกไซด์ในช่วงฤดูใบไม้ผลิทางซีกโลกเหนือ ลักษณะขึ้นลงเป็นฟันเลื่อยนี้จะอยู่บนกราฟแสดงการเพิ่มขึ้นของคาร์บอนไดออกไซด์เมื่อเวลาผ่านไปช่วงหนึ่ง นอกจากนี้ มนุษย์และสัตว์อื่นๆ ก็ยังปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ออกสู่อากาศทุก ๆ ครั้งเมื่อหายใจ แต่ก็ยังถือเป็นส่วนน้อยมากเมื่อเทียบกับภาพระดับโลก

 

เราปล่อยก๊าซเรือนกระจกเป็นปริมาณเท่าใดต่อปี?

ข้อมูลล่าสุดจนถึงปี พ.ศ.2545 มนุษย์เพิ่มคาร์บอนไดออกไซด์เข้าไปในบรรยากาศเกือบ 26 กิกะตันต่อปี  ส่วนใหญ่มาจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิล และประมาณร้อยละ 3 ของปริมาณรวมทั้งหมดมาจากการผลิตซีเมนต์ ปริมาณครึ่งหนึ่งนั้นคงอยู่ในบรรยากาศ ส่วนที่เหลือนั้นถูกดูดซับไป

อัตราการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ของโลกเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วในช่วงทศวรรษที่เพิ่งผ่านมา จากที่น้อยกว่า 15 กิกะตันในปี 1970 จนถึง 26 กิกะตันในปัจจุบัน อย่างไรก็ตาม อัตรานี้ไม่ได้เพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วทุกปี ในช่วงเศรษฐกิจชะลอตัว อัตราการเพิ่มนี้น้อยลง เช่นในปี 2545 และ 2546 แต่ถึงกระนั้น เราก็ยังคงเพิ่มคาร์บอนไดออกไซด์ปริมาณมหาศาลในบรรยากาศ ดังนั้น ปริมาณคาร์บอนไดออกไซด์โดยรวมในอากาศจึงเพิ่มขึ้นทุกปี นับตั้งแต่มีการวัดปริมาณในปลายทศวรรษ 1950

เพื่อให้ง่ายต่อความเข้าใจ เราจะพิจารณาถึงการปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์ของแต่ละคน ทุกๆ คนบนโลกปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์โดยเฉลี่ยประมาณ 4 ตันต่อปี หรืออาจกล่าวได้ว่า คนที่มีน้ำหนัก 68 กิโลกรัม ปล่อยคาร์บอนไดออกไซด์เทียบเท่ากับน้ำหนักของตนออกสู่บรรยากาศทุกๆ สัปดาห์ แน่นอนว่า ปริมาณที่แท้จริงที่แต่ละคนปล่อยก๊าซออกมานั้นแตกต่างกันไป ขึ้นอยู่กับพื้นที่ที่อยู่อาศัยและการใช้ชีวิตของคนคนนั้น คนที่อยู่ในยุโรปและอเมริกาเหนือ ค่าเฉลี่ยจะสูงกว่านี้มาก

การวัดปริมาณมีเทนที่เกิดจากกิจกรรมที่มนุษย์ทำขึ้นนั้นวัดได้ยากกว่า โดยทั่วไปจะอยู่ที่ประมาณ 0.3-0.45 กิกะตันต่อปี โดยมีกระบวนการทางธรรมชาติเป็นส่วนใหญ่ที่เพิ่มเข้าไป สิ่งที่น่าสนใจ คือ ปริมาณมีเทนโดยรวมในบรรยากาศไม่เปลี่ยนแปลงมากนักจากข้อมูลเมื่อเร็วๆ นี้ ซึ่งนี่เป็นเรื่องที่เป็นปริศนาอยู่

 

มนุษย์ก่อให้เกิดก๊าซเรือนกระจกได้อย่างไร?

เราต้องใช้ถ่านหินและน้ำมันปริมาณมหาศาลผ่านเข้าไปในเครื่องยนต์และเตาเผาเพื่อทำให้ระดับของคาร์บอนไดออกไซด์ในบรรยากาศเพิ่มขึ้นร้อยละ 35 ในช่วงกว่าศตวรรษที่ผ่านมา โดยมีก๊าซเรือนกระจกชนิดอื่นเป็นตัวช่วย เช่น มีเทน และก๊าซจากการตัดไม้ทำลายป่า การเปลี่ยนแปลงการใช้ที่ดิน ถึงกระนั้น ภาวะโลกร้อนที่เกิดขึ้นจากน้ำมือมนุษย์จนถึงปัจจุบันนั้นมีสาเหตุหลักมาจากคาร์บอนไดออกไซด์

ก๊าซเรือนกระจกเหล่านี้มาจากไหน อะไรเป็นแหล่งกำเนิดหลักในปัจจุบัน เพื่อพิจารณาให้เห็นภาพรวมของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกในระดับโลก เราจำเป็นจะต้องรู้ว่าส่วนใดของโลกและภาคเศรษฐกิจใดที่มีส่วนในการปล่อยก๊าซเรือนกระจกมากที่สุดในปัจจุบัน

การปล่อยก๊าซเรือนกระจกของประเทศใดประเทศหนึ่งนั้นเป็นปัญหาของทุกๆ คนบนโลก มลพิษพื้นฐานทั่วไปจะกระจายหายไปในเวลา 2-3 วัน และมีผลกระทบร้ายแรงในพื้นที่ที่เป็นแหล่งกำเนิดหรือพื้นที่ที่อยู่ใต้ลม ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์นั้นมีช่วงชีวิตที่ยาว เมื่ออยู่ในอากาศ มันจะคงอยู่ที่นั่นนานกว่าศตวรรษ ซึ่งจะเอื้อให้เกิดกระบวนการทางธรรมชาติในการเฉลี่ยกระจายให้คาร์บอนไดออกไซด์มีความเข้มข้นเท่ากันในชั้นบรรยากาศทั่วโลก บางประเทศปล่อยก๊าซเรือนกระจกออกมาน้อย เช่น ประเทศที่เป็นเกาะเล็กๆ แต่กลับเป็นส่วนที่มีความอ่อนไหวมากที่สุดจากการปล่อยก๊าซเรือนกระจกโดยประเทศอุตสาหกรรมขนาดใหญ่เพียงไม่กี่ประเทศ

นักวิทยาศาสตร์ยังไม่สามารถสร้างความเชื่อมโยงโดยตรงระหว่างการปล่อยก๊าซเรือนกระจกกับผลกระทบจากการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศที่เกิดขึ้นอย่างเฉพาะเจาะจงได้ แต่ในบางกรณี พวกเขาสามารถอธิบายคุณลักษณะที่การเกิดความร้อนจากก๊าซเรือนกระจกเป็นปัจจัยเพิ่มความผิดปกติของเหตุการณ์ทางภูมิอากาศบางอย่าง เช่น คลื่นความร้อนในยุโรป เมื่อปี 2546

ปรากฏการณ์เรือนกระจก

หากลองจินตนาการว่าโลกของเราไม่มีชั้นบรรยากาศ เป็นเพียงก้อนหินขนาดใหญ่อันแห้งแล้งที่ลอยอยู่ในห้วงอวกาศ ถ้าเป็นเช่นนั้น อุณหภูมิใกล้พื้นผิวโลกจะเพิ่มสูงอย่างมากในช่วงกลางวันและลดต่ำลงอย่างสุดๆ ในช่วงกลางคืน ค่าเฉลี่ยของอุณหภูมิอาจจะอยู่ในระดับเย็นยะเยือกที่ลบ 18 องศาเซลเซียส ซึ่งในความเป็นจริง อุณหภูมิเฉลี่ยผิวโลกจะสบายกว่านั้นมากนัก คือ อยู่ที่ 14.4 องศาเซลเซียส เห็นได้ชัดเจนว่ามีบางสิ่งในอากาศที่ทำให้สิ่งต่างๆ อบอุ่น เหมาะสมสำหรับมนุษย์และสิ่งมีชีวิต

คนแรกๆ ที่คิดเกี่ยวกับสมดุลพลังงานของโลกคือนักคณิตศาสตร์และนักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศส โจเซฟ ฟูริเออร์ (Joseph Fourier ) การคำนวณของเขาในช่วงทศวรรษ 1820 เป็นการคำนวณชิ้นแรกที่แสดงให้เห็นถึงความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างโลกที่ไร้บรรยากาศและโลกที่เราอาศัยอยู่ทุกวัน ฟูริเออร์รู้ว่าพลังงานที่มาถึงโลกซึ่งคือแสงอาทิตย์นั้นต้องสมดุลกับพลังงานจากโลกที่สะท้อนกลับคืนสู่อวกาศในรูปแบบที่แตกต่างกัน ถึงแม้ว่าเขาไม่สามารถระบุได้อย่างชัดเจนถึงกระบวนการดังกล่าว ฟูริเออร์สงสัยว่าพลังงานบางส่วนที่ออกไปจากพื้นโลกนี้ถูกกักไว้อย่างต่อเนื่องโดยชั้นบรรยากาศ ทำให้พื้นผิวโลกอบอุ่น

เมื่อพิจารณาจากที่นักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ทำการทดลองว่ากล่องกระจกใสเก็บความร้อนได้อย่างไร ฟูริเออร์จึงเปรียบเทียบชั้นบรรยากาศเป็นเรือนกระจก แนวคิดเรื่องปรากฏการณ์เรือนกระจกจึงเกิดขึ้นและอยู่กับเรานับตั้งแต่นั้น ถึงแม้ว่ามันจะเป็นการอุปมาอุปไมยที่มีข้อบกพร่อง เพราะชั้นบรรยากาศโลกมิได้เก็บกักอากาศไว้เหมือนกับอากาศในเรือนกระจก แต่มันดูดซับรังสีอินฟราเรดจากพื้นผิวโลกที่รับแสงอาทิตย์ ทั้งหมดนั้นเป็นสมดุลของธรรมชาติ เมื่อมีก๊าซเรือนกระจกมากขึ้น รังสีความร้อนจากโลกที่ออกไปสู่อวกาศก็น้อยลงและทำให้โลกเราอุ่นขึ้น

เมื่อแสงอาทิตย์มาถึงผิวโลก เมฆ ฝุ่น และพื้นผิว โดยเฉพาะพื้นผิวที่สว่าง เช่น น้ำแข็ง จะเป็นตัวสะท้อนและกระจายรังสีดวงอาทิตย์กลับออกสู่อวกาศประมาณร้อยละ 30 เมฆและไอน้ำในชั้นบรรยากาศจะดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ไว้ประมาณร้อยละ 20 และพื้นดิน ป่าไม้ มหาสมุทร รวมทั้งส่วนต่างๆ บนพื้นผิวโลกจะดูดซับรังสีดวงอาทิตย์ไว้อีกเกือบร้อยละ 50

รังสีบางส่วนที่แผ่ออกจากโลกจะผ่านชั้นบรรยากาศออกไปสู่อวกาศโดยตรง แต่รังสีส่วนใหญ่จะถูกดูดซับโดยเมฆและก๊าซเรือนกระจกรวมถึงไอน้ำ ซึ่งในทางกลับกันดวงอาทิตย์ก็จะปล่อยรังสีความร้อนบางส่วนลงสู่ผิวโลกและบางส่วนออกสู่อวกาศ ดังนั้น ระบบพลังงานของโลกจะคงไว้ซึ่งความสมดุลระหว่างรังสีของดวงอาทิตย์ที่แผ่เข้ามา และการผสมผสานของรังสีความร้อนที่แผ่จากพื้นผิวอันอบอุ่นของโลกและชั้นบรรยากาศโลกที่เย็นกว่า

องค์ประกอบหลักของอากาศคือไนโตรเจน (ร้อยละ 78) และออกซิเจน (ร้อยละ 20) ทั้งสองอย่างนี้ไม่มีคุณลักษณะในการดูดซับรังสีความร้อนจากโลก ส่วนหนึ่งเป็นเพราะมีโครงสร้างเชิงเส้นเป็น 2 อะตอม แต่แก๊สชนิดอื่นๆ มี 3 อะตอมหรือมากกว่า โมเลกุลของก๊าซเหล่านี้เองที่จับพลังงานเพื่อให้ตัวมันเองสมดุล ก๊าซเหล่านี้ คือ ก๊าซเรือนกระจก ซึ่งทำให้โลกเป็นที่อยู่ของสรรพชีวิต ขณะเดียวกันก็ทำให้โลกร้อนขึ้น

ก๊าซเรือนกระจกส่วนใหญ่จะผสมกลมกลืนทั่วชั้นบรรยากาศโทรโปสเฟียร์ ซึ่งเป็นชั้นบรรยากาศของโลกชั้นล่างสุด (10-15 กิโลเมตรจากพื้นผิวโลก) ยกเว้นไอน้ำ ซึ่งส่วนใหญ่จะกระจุกตัวอยู่ใกล้ผิวโลกมากกว่า สูงขึ้นไปในชั้นบรรยากาศโทรโปสเฟียร์ อากาศจะยิ่งเย็นลง ดังนั้น ก๊าซเรือนกระจกจะเย็นกว่าผิวโลก มันจึงปล่อยรังสีความร้อนได้น้อยกว่าที่ผิวโลกปล่อยออกไป ซึ่งทำให้ความร้อนสะสมอยู่ในชั้นบรรยากาศและทำให้โลกน่าอยู่อาศัย

แต่เมื่อเราเพิ่มปริมาณก๊าซเรือนกระจกเข้าไปมากขึ้น โลกของเราก็จะร้อนขึ้น  การที่คาร์บอนไดออกไซด์และก๊าซเรือนกระจกอื่นๆ สะสมอยู่ในชั้นบรรยากาศ มันจะลดความสามารถของก๊าซชนิดอื่นในการแผ่รังสีความร้อนออกไปสู่อวกาศ ทำให้ชั้นบรรยากาศร้อนขึ้นไปอีก

ทันทีที่ก๊าซเรือนกระจกเพิ่มขึ้น การปรับสมดุลของบรรยากาศก็จะตามมา นี่คือสิ่งที่เรียกว่า ‘การป้อนกลับเชิงบวก (positive feedback)’ ซึ่งเป็นตัวขยายให้เกิดความร้อนเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น การที่มีไอน้ำระเหยจากมหาสมุทรและทะเลสาบมากขึ้น จะเพิ่มผลกระทบของคาร์บอนไดออกไซด์เป็น 2 เท่าโดยประมาณ การละลายของพืดน้ำแข็งในทะเลจะลดปริมาณรังสีดวงอาทิตย์ที่สะท้อนกลับสู่อวกาศ กระบวนการป้อนกลับบางอย่างนั้นยังไม่ค่อยมีความแน่นอน เรายังไม่รู้ว่าแบบแผนของเมฆจะเป็นปัจจัยที่ขยายเพิ่มหรือทำให้การเกิดความร้อนหมดไป โลกโดยรวมกำลังปรับเปลี่ยนให้เข้ากับก๊าซเรือนกระจกที่เราเพิ่มเข้าไป

ชั้นบรรยากาศโลกในปัจจุบันมีคาร์บอนไดออกไซด์อยู่ 3,000 กิกะตัน รวมถึง 800 กิกะตันของคาร์บอน (กิกะตัน = พันล้านเมตริกตัน) ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่เกิดขึ้นจากมนุษย์อันมีสัดส่วนมากที่สุด ชั้นบรรยากาศยังมีคาร์บอนอีก 4 กิกะตันในรูปของมีเทน ซึ่งเป็นก๊าซเรือนกระจกที่มีพลังมากกว่าแต่มีช่วงชีวิตสั้นกว่ามาก