Jörðinni og lofthjúp jarðar má líkja við gróðurhús. Lofthjúpurinn er þá eins og glerið í gróðurhúsinu. Hann hleypir greiðlega í gegnum sig útfjólublárri og sýnilegri sólargeislun (stuttbylgjugeislun) en heldur inni hluta varmageislunarinnar (langbylgjugeislun) sem berst frá yfirborði jarðar. Þannig dregur lofthjúpurinn úr varmatapi frá jörðinni. Þessi áhrif lofthjúpsins á hitastig og loftslag á jörðinni eru nefnd gróðurhúsaáhrif. Án gróðurhúsaáhrifa væri meðalhitastig á jörðinni í kringum -18°C í stað +15°C, eins og það er nú. Gróðurhúsaáhrifin eru þannig forsenda fyrir lífi á jörðinni eins og við þekkjum það.

Mynd 3.3 sýnir hvernig sólargeislun berst inn í lofthjúpinn, en sólargeislunin er að stærstum hluta orkurík stuttbylgjugeislun. Hluti þeirrar sólargeislunar sem berst inn í lofthjúpinn, endurkastast frá lofthjúpnum og frá yfirborði jarðar og nýtist því ekki til að hita jörðina. Ljósir fletir eins og jöklar, snjór og ský endurkasta hærra hlutfalli geislunarinnar en dökkir fletir. Megnið af sólargeisluninni nær niður að yfirborði jarðar, sem gleypir í sig geislunina og hitnar við það. Hitinn streymir svo aftur út frá yfirborði jarðar í formi varmageisla (langbylgjugeislun). Gróðurhúsalofttegundir í lofthjúpnum gleypa hluta varmageislunarinnar og endursenda hana í allar áttir. Við það berst hluti varmageislunarinnar aftur að yfirborði jarðar, sem leiðir til þess að yfirborðið og neðri lög lofthjúpsins hitna enn frekar. Gróðurhúsalofttegundirnar koma þannig í veg fyrir að hluti varmageislunarinnar glatist út í geim og valda því að meðalhitastig við yfirborð jarðar er hærra en ef gróðurhúsaáhrifanna nyti ekki við.

Köfnunarefni (N₂) og súrefni (O₂) sem mynda samanlagt 99% lofthjúpsins gleypa ekki varmageislun frá jörðu. Það gera hins vegar lofttegundir sem er að finna í litlu magni í andrúmsloftinu, einkum vatnsgufa (H₂O), koldíoxíð (CO₂), metan (CH₄), óson (O₃), glaðloft (N₂O) og ýmsar lofttegundir sem innihalda flúor (brennisteinshexaflúoríð (SF₆), köfnunarefnistríflúoríð (NF₃) og ýmis halógenkolefni (HFC, PFC, CFC, halón)). Þessar lofttegundir eru kallaðar gróðurhúsalofttegundir vegna gróðurhúsaáhrifanna sem þær valda. Þær eiga það sameiginlegt að hafa langan líftíma í andrúmsloftinu, eða dvelja þar með öðrum orðum lengi ef þær komast þangað á annað borð. Það skiptir ekki máli hvar þessar lofttegundir sleppa út í andrúmsloftið, þær dreifast um allt og áhrifin koma alls staðar fram.

Magn koldíoxíðs og hitastig jarðar hafa sveiflast í takt í gegnum tíðina (mynd 3.4).

Á jarðsögulegum tíma hafa ýmsir þættir haft áhrif á loftslag jarðar s.s. magn gróðurhúsalofttegunda í andrúmslofti, breytingar á sporbaug jarðar, breytingar á sólarinngeislun og eldgos. Þær hröðu breytingar sem eiga sér stað á loftslagi jarðar um þessar mundir má hins vegar rekja til aukins magns gróðurhúsalofttegunda – sérstaklega koldíoxíðs – í andrúmsloftinu.

Myndband 3.1 sýnir styrk koldíoxíðs í andrúmslofti síðustu 800.000 ár. Í upphafi myndbandsins er sýnt hvernig styrkur koldíoxíðs hefur aukist jafnt og þétt síðan 1980. Síðan er farið með okkur aftur í tímann. Síðustu 800.000 árin og fram til 1860 sveiflaðist styrkur koldíoxíðs frá um 185 ppm á ísaldarskeiðum upp í um 300 ppm á hlýskeiðum. Eins og sjá má fór styrkur koldíoxíðs ekki upp fyrir 300 ppm fyrr en við mannfólkið fórum að brenna jarðeldsneyti (kolum, olíu og jarðgasi) í stórum stíl. Fornar loftbólur fastar í ís gera okkur kleift að fara aftur í tímann á þennan hátt og sjá hvernig andrúmsloft jarðar – og þar með loftslagið – leit út á forsögulegum tíma.

Myndband 3.1. Styrkur koldíoxíðs í andrúmslofti síðustu 800.000 ár.