Bolygónk légkörének tetejét négyzetméterenként átlagosan 343 W teljesítményű napsugárzás éri, beleszámítva a nappalok és az éjszakák váltakozását is. Ez a sugárzás azonban nem jut le maradéktalanul a Föld felszínére, mert 25%-át az űrből nézve hófehér felhők és levegőben található parányi részecskék visszaverik, további 4%-a pedig a felszínről (például a vakító hó- és jégmezőkről) visszaverődve távozik a világűr felé. A napsugárzás nagyobb része a felszínen elnyelődik, energiája felmelegíti a felszínt, és a meleg felszín által kibocsátott hősugárzás (forró nyári napokon például az aszfalt fölött még szabad szemmel is látható a felszálló meleg levegő vibráló mozgása) útjára indul a világűr felé. A légkör tetején – a visszaverődő napsugárzás energiáját is figyelembe véve – körülbelül ugyanannyi energia lép ki, mint amennyi oda beérkezik. Ez azt jelenti, hogy Földünk nagyjából energiaegyensúlyra törekszik. Ha nem így lenne, akkor folyamatosan melegedne vagy hűlne, attól függően, hogy a beérkező vagy kilépő sugárzási energia lenne-e állandóan a nagyobb. De mi történik a földfelszín közelében? Játsszunk el a gondolattal, hogy Földünk légköre kizárólag 80% nitrogénből és 20% oxigénből állna (ami majdnem igaz, leszámítva az argont, a vízgőzt, a szén-dioxidot és a többi, rendkívül csekély mennyiségben megtalálható gázt és parányi részecskéket). Persze ha így lenne, a felhőket azért fel kellene festenünk az óceánok és a kontinensek felszínére, hogy a bolygó által visszavert sugárzási hányad ugyanaz (29%) maradjon (hiszen vízgőz híján nem képződhetnének felhők). Ezen a képzeletbeli Földön a felszín átlaghőmérséklete −17 °C lenne, 33 °C-kal alacsonyabb, mint amit a valóságban tapasztalhatunk. Nyilvánvalóan senki sem szeretne vagy tudna ilyen barátságtalan bolygón élni. Szerencsére nem is kell, mert a gondolatkísérletünkben elhanyagolt üvegházhatású gázok az élet számára alkalmassá, sőt kellemessé varázsolják bolygónk felszínének hőmérsékletét. De miért tudják ezt megtenni? Elsősorban azért, mert képesek a kilépő hősugárzás elnyelésére, éppen úgy, ahogy mondjuk egy koromfekete anyag képes a látható fény elnyelésére (utóbbit ki is próbálhatjuk, de nyáron csak óvatosan). Ezek a gázok színtelenek, de a hősugárzás sem látható szabad szemmel (ez az úgynevezett infravörös sugárzás). Az elnyelésük bizonyításához ezért speciális eszközre, egy hőkamerára (amilyenekkel a járvány idején a repülőtereken mérték az utasok testhőmérsékletét) lesz szükségünk. Töltsünk meg egy átlátszó léggömböt levegővel, egy másikat szén-dioxid-gázzal. Először a levegővel töltött léggömböt az arcunk elé tartva nézzünk bele a hőkamerába, ekkor sárga és piros színnel láthatjuk a képen az arcunk által kisugárzott hőt. Ha azonban a szén-dioxiddal töltött léggömböt tartjuk az arcunk elé, akkor arcunk melege gyakorlatilag láthatatlan marad, eltűnik a képről. Ez a szén-dioxid hőelnyelő képességének köszönhető, ami a gáz speciális kémiai tulajdonsága. Mivel a szén-dioxid és a hozzá hasonló tulajdonságú, úgynevezett üvegházhatású gázok egyenletesen kitöltik a légkört, és nagyobb mennyiségben a felszín közelében vannak jelen (hiszen tudjuk, hogy nagyobb magasságokban egyre ritkább a levegő, ezért kell a hegymászóknak a magas hegycsúcsok meghódításához oxigénpalack), ezért a Föld felszíne fölött úgy viselkednek, mint egy láthatatlan takaró. Pontosabban többrétegű takaró, hiszen az egyes üvegházhatású gázok kémiai szerkezete és tulajdonságai jelentősen különböznek egymástól, a hősugárzás más-más hullámhosszúságú összetevőjét képesek elnyelni (éppen úgy, ahogy különböző színű anyagok a látható fény különböző hullámhosszúságú komponenseit eltérő arányban nyelik el). Egyetlen szépséghibája van ennek a többrétegű takarónak, hogy minden rétege máshol lyukas. Hol jobban, hol kevésbé, de minden rétegen van lyuk, ahol a hősugárzás adott hullámhosszúságú összetevője akadálytalanul távozhat. A takarón van, ahol több réteg is van egymás felett, és van olyan is, ahol lyuk hátán lyuk, semmi nincs, ami visszatartsa a meleget. De egy hideg szobában a lyukas takaró is jobb, mintha nem lenne rajtunk semmi, és így van ez a Földdel is. Ez a gázokból szőtt lyukas takaró képes a Föld felszíni hőmérsékletét 33 °C-kal megnövelni. Szinte hihetetlen, ugye? Persze nem csak a Föld kiváltsága ez a jelenség, szomszédunkban, a Vénuszon is működik, ott több mint 500 °C-kal melegebbet csinál, köszönhetően a bolygó 90 bar nyomású szén-dioxidból álló légkörének. Földünkön a legvastagabb rétegű és legkevésbé lyukas takaró vízgőzből van szőve, ez a teljes hővisszatartás (az úgynevezett üvegházhatás) 62‒79%-áért felel. A víz speciális kémiai tulajdonságai miatt amúgy is hatékony hőelnyelő, és ráadásul a légkörben ebből az üvegházhatású gázból van a legtöbb, amit párának nevezünk (a légkörben levő összes vízpára lecsapódva 2,5 cm vastagon borítaná be a Földet). Ráadásul a víz nemcsak páraként, hanem a belőle képződő felhők formájában is kifejti az üvegházhatását, és ezt még saját szemünkkel is láthatjuk, az üvegházhatású gázok működésétől eltérően. Gondoljunk csak bele, hogy egy derült augusztusi éjszaka után mennyire csípős tud lenni a hajnal, szemben azzal, amikor vastag felhők borítják az eget. Ez nem más, mint bemutató az üvegházhatásból, minden kellék nélkül. De a vízgőzzel van egy (pontosabban két) kis bökkenő. Az egyik, hogy nincs mindenhol jelen a légkörben, például a sivatagok és a sarkvidékek felett vagy éppen a légkör magasabb rétegeiben rendkívül száraz a levegő. Közismert, hogy a Szaharában óriási a hőingás, a nappali +50 °C-ról hajnalra fagypontig csökken a hőmérséklet, hiszen hiányzik a levegőből az üvegházhatást nyújtó vízgőz (és természetesen felhők sincsenek). Ha egyik éjszaka „ellopnánk” az összes szén-dioxidot és a többi üvegházhatású gázt a sivatag fölül, akkor hajnalra −10 °C-ig süllyedne a hőmérő higanyszála. Emellett a vízgőz légköri mennyisége a hőmérséklettel arányos (a melegebb levegő több vízgőzt tud páraként megtartani, a hideg levegő kevesebbet, ezért láthatjuk hidegebb időben magunk előtt a leheletünket ködcseppek formájában), így önmagában képtelen lenne fenntartani a Földön az üvegházhatást. Gondoljunk csak bele, ha valamiért az egész Földön hűlni kezdene a levegő, kevesebb lenne benne a vízgőz, lecsökkenne az üvegházhatás, még jobban lehűlne a levegő, még kevesebb lenne a vízgőz, még kisebb az üvegházhatás, és így tovább. Néhány év elteltével a Föld jéggolyóként végezné, még az óceánok is befagynának. Tehát a szén-dioxidnak és a többi üvegházhatású gáznak, amelyek egyébként hővisszatartó képességüket tekintve a vízgőzhöz képest kevésbé hatékonyak, azért fontos szerep jut a Föld felszíni hőmérsékletének alakításában és állandósításában. Így a szén-dioxid, ami a légkörben a vízgőz után a legnagyobb koncentrációban megtalálható üvegházhatású összetevő, átlagosan a földi üvegházhatás 6‒22%-át adja, annak ellenére, hogy a légkörben átlagosan hatszor kevesebb van belőle, mint a vízgőzből. Hasonló szerep jut a többi üvegházhatású gáznak, a metánnak, a dinitrogén-oxidnak és az ózonnak, amelyek ugyan sokkal kisebb koncentrációban vannak jelen a légkörben, de a szén-dioxidhoz képest nagyobb hővisszatartó képességüknek (a metán egy molekulája 80-szor, a dinitrogén-oxidé 300-szor, az ózoné 65-ször hatékonyabb húszéves időskálán a szén-dioxidnál) köszönhetően az üvegházhatáshoz való hozzájárulásuk számottevő (együttesen 56%). Ez tehát együttesen több, mint a szén-dioxidé! A Föld éghajlatát az üvegházhatás és a Napból érkező sugárzás teljesítményének a változása (ennek ingadozása rövid távon rendkívül csekély mértékű, kevesebb, mint 0,1%) mellett a felhőzet kiterjedtsége (ennek múltbeli alakulásáról keveset tudunk) és a levegőben lebegő parányi részecskék koncentrációja is befolyásolja. Ezek ugyanis mind befolyásolják a felszínt elérő napsugárzás intenzitását. Nagyobb vulkánkitörések után a magaslégkörbe került parányi részecskék miatt a felszínre érkező napsugárzás intenzitása mérhetően lecsökken, és évekig tartó globális hőmérsékletcsökkenés következik be. Mindez bizonyítja, hogy nemcsak az üvegházhatású gázok, hanem a levegőben lebegő parányi részecskék is hatással vannak a Föld napsugárzás-visszaverő képességére és ezáltal az éghajlat alakítására.