建立二氧化碳的作用
温室效应对地球上的生命至关重要 。 它控制温度是因为大气中的温室气体——二氧化碳、甲烷、水蒸气和其他气体——首先吸收地球的红外辐射 ， 然后释放吸收的能量 ， 加热周围的空气和下面的地面 。
温室气体实际上只占地球干燥大气的很小一部分 ， 大气成分主要是氮气和氧气——按体积计算 ， 它们占99% 。 二氧化碳的体积只占0.04% 。 最强大的温室气体是水蒸气 ， 但我们不能控制大气中水蒸气的浓度 ， 而我们可以控制二氧化碳的浓度 。
大气中水蒸气的数量高度依赖于温度 ， 这导致了一种反馈机制 。 大气中二氧化碳越多 ， 气温就越高 ， 空气中就会有更多的水蒸气 ， 这就增加了温室效应 ， 使气温进一步上升 。 如果二氧化碳浓度下降 ， 一些水蒸气就会凝结 ， 温度就会下降 。
关于二氧化碳影响的谜题的第一个重要部分来自瑞典研究人员、诺贝尔奖得主斯万特·阿雷尼乌斯（Svante Arrhenius） 。 顺便说一句 ， 他的同事 ， 气象学家尼尔斯·埃克霍姆（Nils Ekholm）在1901年第一个使用“温室”这个词来描述大气的热量储存和再辐射 。
阿雷尼乌斯在19世纪末就理解了造成温室效应的物理学原理——辐射与辐射源的绝对温度(T)的4次方(T4)成正比 。 辐射源越热 ， 射线的波长就越短 。 太阳表面温度为6000°C ， 主要发射可见光光谱 。 地球表面温度只有15°C ， 它会辐射出我们看不见的红外辐射 。 如果大气不吸收这种红外辐射 ， 地表温度将仅仅-18°C 。
阿雷尼乌斯实际上是在试图找出最近发现的冰河期现象的原因 。 他得出的结论是 ， 如果大气中的二氧化碳含量减半 ， 就足以使地球进入一个新的冰河时代 。 反之亦然——二氧化碳量增加一倍将使温度升高5-6°C ， 这一结果 ， 多少有点幸运 ， 与目前的估计惊人地接近 。
二氧化碳影响的开创性模型
上世纪50年代 ， 日本大气物理学家真锅淑郎离开被战争摧毁的日本 ， 作为东京年轻有为的青年学者之一 ， 他前往美国继续其职业生涯 。 真锅淑郎研究目的 ， 就像大约70年前阿雷尼乌斯的研究一样 ， 是为了了解二氧化碳水平的增加是如何导致气温升高的 。 当阿雷尼乌斯专注于辐射平衡时 ， 真锅淑郎在20世纪60年代领导了物理模型的发展 ， 将空气团因对流而产生的垂直输送以及水蒸气的潜热纳入其中 。
为了使这些计算易于进行 ， 他选择将模型缩减为一维——一个垂直的圆柱体 ， 延伸至大气层40公里 。 即便如此 ， 还是花费了数百个宝贵的计算时间 ， 通过改变大气中气体的浓度来测试模型 。 氧和氮对地表温度的影响可以忽略不计 ， 而二氧化碳的影响则很明显：当二氧化碳水平翻倍时 ， 全球温度上升超过2°C 。
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