A energia solar não é o único determinante da temperatura atmosférica. Como observado acima, a superfície da Terra, após absorver a radiação solar na região visível, emite radiação infravermelha de volta para o espaço. Vários gases atmosféricos absorvem essa radiação térmica e a irradiam novamente em todas as direções,as linhas são desenhadas na trama que liga pontos de igual temperatura (como curvas de nível em um mapa), dadas em graus C. A Figura 2 é para dezembro embora fevereiro, que é inverno no hemisfério norte e verão no hemisfério sul. Como seria de esperar, a temperatura mais quente é encontrada na superfície perto do equador, e cai à medida que se viaja em direção a qualquer um dos pólos e/ou à medida que se aumenta a altitude. Surpreendentemente, no entanto, o ponto mais frio da atmosfera inferior está na tropopausa sobre o equador, que é mais frio do que mesmo nas regiões polares. Ilustração de Hans & Cassidy. Cortesia do Grupo Gale. O gráfico de temperatura (Figura 3) para junho a agosto (hemisfério sul inverno, verão norte) mostra que a temperatura equatorial não muda muito com as estações do ano. As latitudes média e alta têm sofrido muito mais mudanças, já que os contornos das temperaturas mudaram para o norte. A tropopausa sobre o equador ainda é extremamente fria, superada apenas pela estratosfera sobre a Antártida. Ilustração de Hans & Cassidy. Cortesia do Grupo Gale.
incluindo de volta para a superfície. Estes chamados gases de estufa capturam radiação infravermelha dentro da atmosfera, aumentando a sua temperatura. Os gases de efeito estufa importantes incluem vapor de água (H2O), dióxido de carbono (CO2), e metano (CH4). Estima-se que a temperatura média da superfície da Terra seria cerca de 32°C (90°F) mais fria na ausência dos gases de efeito estufa. Como esta temperatura está bem abaixo do ponto de congelamento da água, é aparente que o planeta seria muito menos hospitaleiro para a vida na ausência do efeito estufa.
Embora os gases de efeito estufa sejam essenciais para suportar a vida no planeta, mais não é necessariamente melhor. Desde o início da revolução industrial em meados do século XIX, os seres humanos liberaram quantidades crescentes de dióxido de carbono para a atmosfera através da queima de combustíveis fósseis. O nível de dióxido de carbono medido na atmosfera remota tem mostrado um aumento contínuo desde o início da manutenção de registros, em 1958. Se esse aumento se traduzir num aumento semelhante da temperatura atmosférica, os resultados seriam realmente terríveis: derretimento das calotas polares e inchaço dos mares, resultando em cidades costeiras cobertas pelo oceano; mudanças radicais no clima, plantas e animais em extinção que não poderiam se adaptar com rapidez suficiente; e mudanças imprevisíveis nos padrões do vento e do clima, representando desafios significativos para a agricultura. O problema em prever as mudanças que o aumento dos gases de efeito estufa pode trazer é que o clima da Terra é um sistema muito complicado e interligado. A interação da atmosfera, dos oceanos, dos continentes e das calotas polares não é completamente compreendida. Embora se saiba que parte do dióxido de carbono emitido é absorvido pelos oceanos e eventualmente depositado como rocha carbonatada (como calcário), não sabemos se este é um processo estável ou se pode acompanhar as nossas constantes libertações. Os modelos de computador concebidos para imitar o clima da Terra devem fazer muitas aproximações. No entanto, os cálculos destes modelos menos perfeitos sugerem que uma duplicação dos níveis de dióxido de carbono significaria um aumento da temperatura média da superfície do hemisfério norte de 39-43°F (4-6°C). Embora isto possa parecer pouco, note que durante a última era glacial, quando grandes camadas de gelo cobriam grande parte do hemisfério norte, a temperatura média da Terra estava apenas 41°F (5°C) abaixo dos níveis atuais.