Atmosfera je prepustna za vidni in ultravijolični del svetlobe, ki prihaja na Zemljo s Sonca. Svetloba greje Zemljo, del pa jo Zemlja oddaja nazaj v atmosfero. Nekateri plini del sevane energije vežejo. Če je teh plinov preveč, se temperatura na Zemlji poviša, kar imenujemo učinek tople grede.
Poleg
ogljikovega dioksida, učinek tople grede povzročajo tudi voda,
metan, ozon, dušikovi oksidi in pa CFC-freoni, ki jih je človek sam
ustvaril.
Vsi ti plini, pa imajo dve skupni lastnosti. Močno vpijajo sončno
energijo valovne dolžine, ki jo sicer ozračje ne bi zadržalo,
hkrati pa so v ozračju zelo obstojni. Tako se zgoščajo do
koncentracij z znatnim učinkom in sicer v celotnem zemeljskem
ozračju, zato je segrevanje Zemlje svetovni
in ne lokalni problem.
Molekule CO2 imajo
najmanjšo sposobnost vpijanja, molekule metana 32x večjo,
molekule CFC pa kar 14.000–17.000x večjo sposobnost vpijanja
od molekul CO2 oz.
zadrževanja IR naravnega sevanja v ozračju.
Že pred našim štetjem je ljudi zanimalo, kaj povzroča spremembe podnebja. Sprva so o tem lahko le ugibali, za pionirja na tem področju velja Theopratus iz 4 st.pr.n.št.
Zavedali so se spremenljivosti podnebja, ki se je kazalo v zmrznitvi rek, škodi ob neurjih, in uničeni letini ipd. Sprva so se sklicevali na Boga. Veljalo pa je tudi vzporedno prepričanje, in sicer da je svet organski in se stara. Za potrditev te teze so jim služili vsi naravni pojavi, od onesnaženja zraka do potresov.
David Hume (18. st) je otoplitve razlagal s pomočjo krčenja gozdov, kar naj bi sončnim žarkom omogočilo da dosežejo površje tal. Že tedaj so trdili, da je človekova dejvnost naredila podnebje bolj nepredvivljivo. V 19. st. so podnebne spremembe začeli povezovati s iztrebljanjem in pogozdovanjem. Od začetka 20. stoletja pa so pozornost pritegnile tudi spremembe v oceanih in spremembe v sestavi ozračja.
Na Švedskem so leta 1896 izračunali, kako bi povečana koncentracija CO2 v ozračju lahko vplivala na temperaturo. Teorijo so razvili na začetku 20. stoletja, vendar je že leta 1933 Kincer opozoril na znake opazovanega trenda ogrevanja. Ta trend je 5 let kasneje potrdil Callendar in ga povezal s proizvodnjo toplogrednih plinov, kar je kot posledica človekove dejavnosti.
Topla greda je naraven pojav, ki omogoča življenje na Zemlji. Zemlja se zaradi sončnega sevanja segreva. Približno 30% sončnega sevanja se odbije od oblakov in raznih delcev v zraku nazaj v vesolje, približno 20% energije pa absorbirajo oblaki in plini v atmosferi. Skozi atmosfero potuje okrog 50%, od Zemljine površine pa se nazaj v vesolje odbije približno 5%, preostanek pa se porabi za segrevanje površine in taljenje ledu in snega, fotosintezo rastlin, in izhlapevanje vode.