Dünya, esas olarak nitrojen, oksijen, karbondioksit ve su buharından oluşan bir gaz örtüsüyle kaplıdır. Bu battaniye, (en az) iki nedenden ötürü Dünya’daki yaşam için gereklidir:
1. Havayı soluyoruz, oksijeni alıyoruz ve karbondioksiti soluyoruz. Benzer şekilde bitkiler, fotosentez yapmak ve organik bileşikler oluşturmak için atmosferdeki karbondioksit ile birlikte güneş ışığını kullanırlar.
2. Atmosfer, Dünya yüzeyinden yayılan kızılötesi veya uzun dalga radyasyonu emer ve tekrar Dünya’ya yayar, böylece yüzeyi yaşanabilir bir sıcaklığa kadar ısıtır.
Bu biyoloji değil fizik bilimi üzerine bir kitap olduğu için, sadece camın bir seradaki etkisine benzeyen ve bu nedenle sera etkisi olarak adlandırılan bu ikinci etkiyi ele alacağız.
Öyleyse, şekil 1.3’te gösterildiği gibi, atmosferdeki güneş ve kızılötesi radyasyonun yolunu düşünelim. Gökyüzü açıksa, atmosferin tepesinde meydana gelen güneş radyasyonunun çoğu atmosferden yüzeye çıkar. Gökyüzü bulutluysa, güneş radyasyonunun kabaca yarısı uzaya geri yansıtılır, geri kalanı ya bulutta emilir ya da Dünya’nın yüzeyine geçer. Güneş radyasyonu yüzeye ulaştığında, bir kısım yansıtılır ve uzaya geri döner ve radyasyonun geri kalanı emilerek yüzeyi ısıtır. Tüm söylendiği gibi, bulutların ve Dünya’nın yüzeyindeki yansımanın etkilerini birleştirerek, uzaya geri yansıyan güneş radyasyonunun fraksiyonu – yani gezegensel albedo – yaklaşık 0.3’tür. Bulutların kendileri
bundan daha yüksektir, tipik olarak yaklaşık 0,5, ancak kalın bulutlar için 0,9’a kadar çıkabilir; yüzeyin albedosu ortalama olarak yaklaşık 0.1’dir, ancak yüzey taze kar veya buzla kaplıysa çok daha yüksektir.
Yüzey soğurulan güneş radyasyonu tarafından ısıtılır ve böylece yukarı doğru radyasyon yayar, ancak Dünya’nın yüzey sıcaklığı güneşinkinden çok daha az olduğu için, yayılan radyasyon çok daha uzun bir dalga boyuna sahiptir – kızılötesi radyasyondur. Şimdi, atmosfer, güneş radyasyonuna olduğu gibi kızılötesi radyasyona şeffaf değildir; daha ziyade atmosferden geçerken kızılötesi radyasyonu emen sera gazları (esas olarak karbondioksit ve su buharı) içerir. Doğal olarak, bu soğurma atmosferi ısıtır ve daha sonra bir kısmı aşağıya doğru kızılötesi radyasyonu yeniden yayar ve burada Dünya yüzeyinde emilir.