Energia słoneczna nie jest jedynym czynnikiem determinującym temperaturę atmosfery. Jak zauważono powyżej, powierzchnia Ziemi, po zaabsorbowaniu promieniowania słonecznego w obszarze widzialnym, emituje promieniowanie podczerwone z powrotem w przestrzeń kosmiczną. Kilka gazów atmosferycznych pochłania to promieniowanie cieplne i ponownie wypromieniowuje je we wszystkich kierunkach, Linie są narysowane na wykresie łączącym punkty o jednakowej temperaturze (jak linie konturowe na mapie), podane w stopniach C. Rysunek 2 dotyczy okresu od grudnia do lutego, który jest zimą na półkuli północnej i latem na południowej. Jak można się spodziewać, najcieplejsza temperatura występuje na powierzchni w pobliżu równika i spada wraz z podróżą w kierunku któregoś z biegunów i/lub wraz ze wzrostem wysokości nad poziomem morza. Zaskakująco jednak, najzimniejsze miejsce w dolnej atmosferze znajduje się w tropopauzie nad równikiem, która jest zimniejsza niż nawet nad obszarami polarnymi. Ilustracja autorstwa Hansa & Cassidy. Dzięki uprzejmości Gale Group.Wykres temperatury (Rysunek 3) dla okresu od czerwca do sierpnia (zima na półkuli południowej, lato na północnej) pokazuje, że temperatura na równiku nie zmienia się zbytnio wraz z porami roku. Środkowe i wysokie szerokości geograficzne doświadczyły znacznie większych zmian, ponieważ kontury temperatury przesunęły się na północ. Tropopauza nad równikiem jest nadal bardzo zimna, ustępuje jedynie stratosferze nad Antarktydą. Ilustracja autorstwa Hansa & Cassidy. Dzięki uprzejmości Gale Group.
w tym z powrotem w kierunku powierzchni. Te tak zwane gazy cieplarniane zatrzymują promieniowanie podczerwone w atmosferze, podnosząc jej temperaturę. Ważne gazy cieplarniane to para wodna (H2O), dwutlenek węgla (CO2) i metan (CH4). Szacuje się, że temperatura powierzchni Ziemi byłaby średnio o około 32°C (90°F) niższa, gdyby nie było gazów cieplarnianych. Ponieważ temperatura ta jest znacznie poniżej punktu zamarzania wody, oczywiste jest, że planeta byłaby znacznie mniej gościnna dla życia w przypadku braku efektu cieplarnianego.
Choć gazy cieplarniane są niezbędne do wspierania życia na planecie, więcej niekoniecznie znaczy lepiej. Od początku rewolucji przemysłowej w połowie XIX wieku, ludzie uwalniają coraz większe ilości dwutlenku węgla do atmosfery poprzez spalanie paliw kopalnych. Poziom dwutlenku węgla mierzony w odległej atmosferze wykazuje ciągły wzrost od czasu rozpoczęcia prowadzenia rejestrów w 1958 roku. Jeśli ten wzrost przełoży się na podobny wzrost temperatury atmosfery, skutki będą naprawdę tragiczne: topnienie polarnych pokryw lodowych i pęcznienie mórz, w wyniku czego nadbrzeżne miasta zostaną przykryte przez ocean; radykalne zmiany w klimacie, skazujące na zagładę rośliny i zwierzęta, które nie zdołają się wystarczająco szybko przystosować; oraz nieprzewidywalne zmiany w wietrze i wzorcach pogodowych, stanowiące poważne wyzwanie dla rolnictwa. Problem z prognozowaniem zmian, jakie może przynieść zwiększenie ilości gazów cieplarnianych, polega na tym, że klimat Ziemi jest bardzo skomplikowanym, wzajemnie powiązanym systemem. Wzajemne oddziaływanie atmosfery, oceanów, kontynentów i pokryw lodowych nie jest w pełni zrozumiałe. Chociaż wiadomo, że część wyemitowanego dwutlenku węgla jest pochłaniana przez oceany i ostatecznie odkładana w postaci skał węglanowych (takich jak wapień), nie wiemy, czy jest to proces stały, czy też może nadążyć za naszymi ciągłymi emisjami. Modele komputerowe zaprojektowane w celu naśladowania klimatu Ziemi muszą dokonywać wielu przybliżeń. Niemniej jednak, obliczenia tych mniej niż doskonałych modeli sugerują, że podwojenie poziomu dwutlenku węgla oznaczałoby wzrost średniej temperatury powierzchni półkuli północnej o 39-43°F (4-6°C). Choć może nie brzmi to jak dużo, zauważ, że podczas ostatniej epoki lodowcowej, kiedy wielkie pokrywy lodowe pokrywały większą część półkuli północnej, średnia temperatura na Ziemi była tylko o 41°F (5°C) niższa od obecnego poziomu.
.