miniatura|upright=1.35|Os gases de efecto invernadoiro atrapan parte da calor que se orixina cando a luz quenta a superficie da Terra. miniatura|upright=1.35|Forzamento radiativo (influencia no quecemento climático) de diferentes contribuíntes ao cambio climático ata 2019, segundo o Sexto Informe de Avaliación do IPCC. Un gas de efecto invernadoiro (ou ás veces, simplemente, gas de invernadoiro ou gas invernadoiro) é un gas que absorbe e emite enerxía radiante nas lonxitudes de onda do infravermello térmico, causando o efecto invernadoiro. Os principais gases de efecto invernadoiro da atmosfera terrestre son o vapor de auga (H2O), dióxido de carbono (CO2), metano (CH4), óxido nitroso (N2O) e ozono (O3). Cantidades moderadas de efecto invernadoiro suavizan a temperatura media da Terra e se non existisen estes gases, a temperatura media na superficie da Terra sería de só -18 °C, en lugar da media actual de 15 °C (33 °C máis). en Os gases de efecto invernadoiro existen tamén en moitas atmosferas extraterrestres, creando efecto invernadoiro na atmosfera de Marte, na da lúa Titán e, de forma especialmente intensa, na de Venus.
As actividades humanas desde o principio da Revolución Industrial (arredor de 1750) incrementaron a concentración atmosférica de metano nun 150% e a de dióxido de carbono nun 50%, ata un nivel que non se dera nos últimos 3 millóns de anos. O dióxido de carbono está causando 3/4 do quecemento global e pode tardar miles de anos en ser totalmente absorbido polo ciclo do carbono. O metano causa a maioría do resto do quecemento e dura na atmosfera unha media de 12 anos.
A temperatura superficial global media elevouse uns 1,2 °C como resultado das emisións de gases de efecto invernadoiro. Se as taxas de emisión actuais continúan, entón o aumento das temperaturas superará os 2,0 °C entre 2040 e 2070, o cal é o nivel que o Grupo Intergobernamental sobre o Cambio Climático (IPCC polas súas siglas en inglés) das Nacións Unidas considera que é "perigoso".
A gran maioría das emisións de dióxido de carbono antropoxénico procede da combustión de combustibles fósiles, principalmente carbón, petróleo e gas natural. Contribucións adicionais proceden da fabricación do cemento, produción de fertilizantes e cambios no uso do solo como a deforestación. As emisións de metano orixínanse pola produción de combustibles fósiles, a agricultura e gandaría, os vertedoiros de lixo e outras fontes.
Gases activos no infravermello
Os gases que poden absorber e emitir a radiación infravermella térmica dise que son activos no infravermello.
A maioría dos gases cuxas moléculas teñen dous átomos diferentes (como o monóxido de carbono, CO, e todos os gases con tres átomos ou máis, como a H2O e o CO2), son activos no infravermello e actúan como gases de efecto invernadoiro. Tecnicamente, isto débese á asimetría na distribución da carga eléctrica da molécula, que permite que a vibración molecular interaccione coa radiación electromagnética.
Os gases que teñen só un átomo (como o argon, Ar) ou con dous átomos idénticos (como o nitróxeno, N2 e o oxíxeno, O2) non son activos no infravermello. Son transparentes á radiación térmica e, a efectos prácticos, non absorben ou emiten radiación térmica.
Isto explícase porque os gases monatómicos como o Ar non teñen modos vibratorios e as moléculas que conteñen dous átomos do mesmo elemento como o N2 e o O2 non teñen asimetría na distribución das súas cargas eléctricas cando vibran. Por tanto, non son afectados case en absoluto pola radiación térmica infravermella. O N2 e o O2 poden absorber e emitir cantidades moi pequenas de radiación térmica infravermella como resultado da absorción inducida por colisión. Porén, mesmo tendo en conta as abundancias relativas, este efecto é pequeno comparado coa influencia dos principais gases de efecto invernadoiro de Terra.
Constituíntes da atmosfera
miniatura|upright=1.35|Absorción atmosférica e dispersión a diferentes lonxitudes de onda das ondas electromagnéticas. A maior banda de absorción do dióxido de carbono non está lonxe do máximo da emisión térmica do solo, e pecha parcialmente a ventá de transparencia da auga, explicando o maior efecto atrapador de calor do dióxido de carbono. miniatura|upright=1.35|Coeficientes de absorción do infravermello de onda longa dos principais gases de efecto invernadoiro. O vapor de auga absorbe nun amplo rango de lonxitudes de onda. A Terra emite radiación térmica especialmente forte na veciñanza da banda de absorción de 15 microns do dióxido de carbono. A importancia relativa do vapor de auga diminúe conforme se aumenta a altitude.
Os principais constituíntes da atmosfera terrestre, nitróxeno (N2, 78%), oxíxeno (O2, 21%) e argon (Ar, 0,9%), non son activos no infravermello e, por tanto, non son gases de efecto invernadoiro. Estes gases constitúen máis do 99% da atmosfera seca.
Os gases de efecto invernadoiro son activos no infravermello e absorben e emiten radiación infravermella nas lonxitudes de onda emitidas pola Terra. O dióxido de carbono (0,04% do aire), óxido nitroso, metano e ozono son gases traza que supoñen case o 0,1% da atmosfera da Terra e teñen un efecto invernadoiro apreciable.
Os gases atmosféricos máis abondosos na atmosfera da Terra, que figuran na lista en orde decrecente de fracción molar global media, son:
Vapor de auga () Dióxido de carbono () Metano () Óxido nitroso () Ozono () Clorofluorocarbonos (CFCs e HCFCs) Hidrofluorocarbonos (HFCs) Perfluorocarbonos (, etc.), e
Papel do vapor de auga miniatura|upright=1.35|Incremento de vapor de auga na estratosfera en Boulder, Colorado
O vapor de auga supón a maior porcentaxe de efecto invernadoiro, entre o 36% e o 66% en condicións de ceo despexado e entre o 66% e o 85% cando hai nubes. As concentracións de vapor de auga flutúan rexionalmente, pero a actividade humana non afecta directamente ás concentracións de vapor de auga excepto a escala local, por exemplo preto de campos irrigados. Indirectamente, a actividade humana que incrementa as temperaturas globais incrementa tamén as concentracións de vapor de auga, un proceso chamado retroalimentación do vapor de auga. A concentración atmosférica de vapor de auga é moi variable e depende grandemente da temperatura, desde menos do 0,01% en rexións extremadamente frías ata o 3% en masa en aire saturado a uns 32 °C. (Ver humidade relativa.)
O tempo de permanencia media da molécula de vapor de auga na atmosfera é duns nove días, comparados cos anos ou séculos doutros gases de efecto invernadoiro como o CH4 e o CO2. O vapor de auga responde e amplifica os efectos doutros gases de efecto invernadoiro. A relación de Clausius-Clapeyron establece que haberá máis vapor de auga por unidade de volume a elevadas temperaturas. Este e outros principios básicos indican que o quecemento asociado co incremento das concentracións doutros gases de efecto invernadoiro tamén incrementarán a concentración de vapor de auga (asumindo que a humidade relativa permanece aproximadamente constante; os estudos de modelos e observacionais atoparon que isto é efectivamente así). Como o vapor de auga é un gas de efecto invernadoiro, iso ten como resultado un maior quecemento e así é unha "retroalimentación positiva" que amplifica o quecemento orixinal. As estimacións actuais (de 2000) suxiren que a retroalimentación do vapor de auga ten un coeficiente de "alza" ou ganancia dun 0,4; un coeficiente deste tipo debe ser 1 ou maior para crear un bucle de retroalimentación inestable dun tipo que podería estimular un quecemento desbocado. Así, aínda que a retroalimentación do vapor de auga amplifica o impacto dos cambios de temperatura causados por outros factores, non hai indicios de que a Terra estea sometida a un efecto invernadoiro desbocado similar ás condicións reinantes en Venus.
Contribución das nubes ao efecto invernadoiro da Terra O maior contribuínte non gasoso ao efecto invernadoiro na Terra son as nubes, que tamén absorben e emiten radiación infravermella e así teñen un efecto sobre as propiedades radiativas dos gases de efecto invernadoiro. As nubes están formadas por pinguiñas de auga ou cristais de xeo suspendidos na atmosfera.
Efectos radiativos
miniatura|upright=2|Fluxo de calor na atmosfera da Terra, mostrando (a) un fluxo de calor de radiación ascendente e fluxos de radiación ascendentes/descendentes, (b) un fluxo de calor non radiativo ascendente (calor latente e columnas térmicas), (c) o balance entre o arrefriamento e quentamento atmosférico a cada altitude, e (d) o perfil de temperaturas da atmosfera. Efectos sobre o aire e a superficie A absorción e emisión de radiación térmica polos gases de efecto invernadoiro xogan un papel no transporte de calor no aire e na superficie:
Arrefriamento atmosférico. Os gases de efecto invernadoiro emiten máis radiación térmica da que absorben e así teñen un efecto de arrefriamento global no aire. Inhibición do arrefriamento superficial radiativo. Os gases de efecto invernadoiro limitan o fluxo do efecto da calor radiativa lonxe da superficie e dentro da atmosfera inferior. Os gases de efecto invernadoiro intercambian radiación térmica coa superficie, reducindo a taxa global de transferencia de calor radiativa ascendente.
Explicar estes efectos contribúe a unha comprensión total do papel dos gases de efecto invernadoiro. Porén, estes efectos son de importancia secundaria para comprender o quecemento global. É importante poñer o foco sobre o balance de enerxía na parte alta da atmosfera ou TOA (top-of-atmosphere) para razoar correctamente sobre o quecemento global. Aduciuse que a falacia do orzamento de superficie (surface budget fallacy), na cal se pon o foco no orzamento de enerxía da superficie leva a un razoamento defectuoso, e constitúe unha falacia común cando se pensa no efecto invernadoiro e quecemento global.
Efecto na TOA Na parte alta da atmosfera ou TOA (top-of-atmosphere), a absorción e emisión de radiación térmica por gases de efecto invernadoiro leva a: Inhibición do arrefriamento radiativo ao espazo: A cantidade de radiación térmica que chega ao espazo redúcese en relación á que emite a superficie.
O cambio no balance de enerxía na TOA leva a que a enerxía térmica e o quecemento se acumulen na superficie ata que se consegue o balance de enerxía na TOA.
Forzamento radiativo
Tal como o usa o IPCC, o forzamento radiativo é unha métrica que caracteriza o impacto dun cambio externo nun factor que inflúe no clima, por exemplo, un cambio na concentración de gases de efecto invernadoiro ou o efecto dunha erupción volcánica. O forzamento radiativo asociado cun cambio calcúlase como o cambio no balance de enerxía na TOA que sería causado polo cambio externo, se se imaxinou que o cambio podía facerse sen que lle dese tempo á troposfera ou superficie a responder para reducir o desequilibrio. Un forzamento positivo indica que chega máis enerxía da que sae. Schmidt (2010), D20106. Páxina web sinalou que o termo forzamento radiativo foi usado inconsistentemente na literatura científica.
O incremento da concentración de gses de efecto invernadoiro está asociado cun forzamento radiativo positivo. O incremento da concentración de gases de efecto invernadoiro tende a incrementar o desequilibrio de enerxía da TOA, que orixina un quecemento adicional.
Contribucións dos procesos químicos ao forzamento radiativo miniatura|upright=1.35|Concentracións de monóxido de carbono en abril e outubro de 2000 na atmosfera inferior que mostran un rango dunhas 50 partes por mil millóns (píxeles azuis) a 220 partes por mil millóns (píxeles vermellos) e 390 partes por mil millóns (píxeles marróns escuros).
Algúns gases contribúen indirectamente a alterar o balance radiativo da TOA pola participación en procesos químicos na atmosfera.