V rozvoji teorie vysvětlit ledových dob, Arrhenius v roce 1896, byl první používat základní principy fyzikální chemie vypočítat odhady, do jaké míry nárůst atmosférického oxidu uhličitého (CO2), zvýší Zemského povrchu teplota přes skleníkový efekt. Tyto výpočty ho vedly k závěru, že emise CO2 způsobené člověkem způsobené spalováním fosilních paliv a jinými spalovacími procesy jsou dostatečně velké, aby způsobily globální oteplování. Tento závěr byl rozsáhle testován a získal místo v jádru moderní vědy o klimatu. Arrhenius, v této práci, postavený na předchozí práci dalších slavných vědců, včetně Josepha Fouriera, John Tyndall a Claude Pouillet. Arrhenius chtěl zjistit, zda by skleníkové plyny mohly přispět k vysvětlení teplotních rozdílů mezi ledovcovými a meziglaciálními obdobími. Arrhenius používá infračervené pozorování měsíce – Frank Washington Velmi a Samuel Pierpont Langley v Allegheny Observatory v Pittsburghu – vypočítat, kolik infračerveného (tepelného) záření je zajat CO2 a vodu (H2O) par v Zemské atmosféře. Pomocí „Stefanova zákona“ (lépe známého jako Stefan–Boltzmannův zákon) formuloval to, co označoval jako „pravidlo“. Ve své původní podobě, Arrhenius je pravidlo zní takto:
pokud je množství kyseliny uhličité se zvyšuje v geometrickou řadou, zvýšení teploty se zvýší téměř v aritmetické progrese.
zde Arrhenius označuje CO2 jako kyselinu uhličitou (která se v moderním použití vztahuje pouze na vodnou formu H2CO3). Následující formulace Arrheniova pravidla se dodnes používá:
Δ F = α ln ( C / C 0 ) {\displaystyle \Delta F=\alpha \ln(C/C_{0})}
kde C 0 {\displaystyle C_{0}}
je koncentrace CO2 na počátku (čas nula) z období studovány (v případě, že stejné koncentrace jednotka se používá pro oba C {\displaystyle C}
a C 0 {\displaystyle C_{0}}
, pak nezáleží na tom, jaké koncentrace se používá jednotka); C {\displaystyle C}
je koncentrace CO2 na konci období studovány; ln je přirozený logaritmus (= logaritmus o základu e (loge)); a Δ F {\displaystyle \Delta F}
je zvětšení teploty, jinými slovy změna v rychlosti ohřívání Zemského povrchu (radiační působení), který je měřen ve Wattech na metr čtvereční. Odvozeniny od atmosférického radiativní transfer modelů zjistili, že α {\displaystyle \alpha }
(alfa) pro CO2 je 5.35 (± 10%) W/m2 pro Zemské atmosféry.
na Základě informací od jeho kolega Arvid Högbom, Arrhenius byl první, kdo předpovídají, že emise oxidu uhličitého ze spalování fosilních paliv a další spalovací procesy byly dostatečně velké, aby způsobit globální oteplování. Ve svém výpočtu Arrhenius zahrnoval zpětnou vazbu ze změn vodní páry i zeměpisné šířky, ale vynechal mraky, konvekci tepla nahoru v atmosféře, a další základní faktory. Jeho práce je v současné době vnímána méně jako přesná kvantifikace globálního oteplování, než jako první ukázka toho, že nárůst atmosférického CO2 způsobí globální oteplování, všechno ostatní je stejné.
Arrhenius absorpční hodnoty pro CO2 a jeho závěry se setkal kritiky Knut Ångström v roce 1900, který publikoval první moderní infračervené absorpční spektrum CO2 se dva absorpční pásy, a publikované experimentální výsledky, které se zdálo, že ukazují, že absorpce infračerveného záření, které plyn v atmosféře je již „nasycen“ tak, že přidání více by se žádný rozdíl. Arrhenius v roce 1901 důrazně odpověděl (Annalen der Physik) a kritiku zcela odmítl. Krátce se tohoto tématu dotkl v technické knize s názvem Lehrbuch der kosmischen Physik (1903). Později napsal Världarnas utveckling (1906) (německy: Das Werden der Welten , anglicky: Světy v Rozhodování ), které jsou zaměřeny na široké publikum, kde on navrhl, že lidské emise CO2 by být dostatečně silné, aby se zabránilo svět před vstupem do nové doby ledové, a že teplejší zemi by bylo potřeba krmit rychle rostoucí populace:
“ do jisté míry je teplota zemského povrchu, jak nyní uvidíme, podmíněna vlastnostmi atmosféry, která ji obklopuje ,a zejména její propustností pro paprsky tepla. 46) “ že atmosférické obálky omezují tepelné ztráty z planet, navrhl asi 1800 velký francouzský fyzik Fourier. Jeho myšlenky byly dále rozvíjeny poté Pouillet a Tyndall. Jejich teorie byla stylizována do teorie horkých domů, protože si mysleli, že atmosféra působila podle způsobu skleněných tabulí horkých domů. 51) “ pokud by množství kyseliny uhličité ve vzduchu mělo klesnout na polovinu svého současného procenta, teplota by klesla asi o 4°; snížení na jednu čtvrtinu by snížilo teplotu o 8°. Na druhé straně by jakékoli zdvojnásobení procenta oxidu uhličitého ve vzduchu zvýšilo teplotu zemského povrchu o 4°; a pokud by se oxid uhličitý zvýšil čtyřnásobně,teplota by vzrostla o 8°.“ (p. 53) „i když moře, tím, že absorbuje kyselinu uhličitou, působí jako regulátor obrovskou kapacitou, která zabírá asi pět šestin vyrábí kyselinu uhličitou, jsme ještě uvědomit, že nepatrné procento kyseliny uhličité v atmosféře může za pokrokem průmyslu být změněn, aby znatelná v průběhu několika staletí.“(s. 54) “ vzhledem k tomu, že se nyní teplé věky střídaly s ledovcovými obdobími, i poté, co se člověk objevil na zemi, musíme se ptát sami sebe: Je pravděpodobné, že nás v nadcházejícím geologickém věku navštíví Nová Doba ledová, která nás z našich mírných zemí vyžene do teplejších podnebí Afriky? Zdá se, že pro takové obavy není mnoho důvodů. Enormní spalování uhlí našimi průmyslovými zařízeními postačuje ke zvýšení procenta oxidu uhličitého ve vzduchu do znatelné míry.“ (p. 61) „často slyšíme nářky, že uhlí uložené v zemi je zbytečný tím, že současné generace, bez jakékoli myšlenky na budoucnost, a my jsme hrůzu strašné ztráty na životech a majetku, které následovalo sopečné erupce našich dnů. Můžeme najít určitou útěchu v úvaze, že zde, jako v každém jiném případě, je dobro smíchané se zlem. Vlivem zvyšující se procento kyseliny uhličité v atmosféře, můžeme doufat, že vychutnat věkových kategorií s více vyrovnaný a lepší podnebí, a to zejména pokud jde o chladnějších oblastech země, věku, kdy země přinese mnohem hojnější úrodu než v současnosti, ve prospěch rychle se šířící lidstva.“(str. 63)
V této době, přijat konsensus vysvětlení je, že, historicky, orbitální nutí se nastavit časování pro doby ledové, s CO2 působí jako základní zesilující zpětnou vazbu. Nicméně, CO2 uvolňuje od průmyslové revoluce zvýšil CO2 na úroveň, nebyla nalezena od 10 do 15 miliony let, kdy globální průměrná teplota povrchu byla až 11 °F (6 °C) teplejší než teď a téměř veškerý led roztál, zvyšování světové hladiny moří až o 100 metrů vyšší než dnes.
Arrheniovy odhadované na základě hladin CO2 v jeho době, že snížení úrovně tím, 0.62–0.55 by pokles teploty o 4-5 °C (Celsia) a nárůst o 2,5 až 3 krát CO2, které by způsobilo vzestup teploty 8-9 °C v Arktidě. Ve své knize Worlds in the Making popsal“ hot-house “ teorii atmosféry.