a jégkorszakok magyarázatára szolgáló elmélet kidolgozásakor Arrhenius 1896-ban elsőként alkalmazta a fizikai kémia alapelveit annak becslésére, hogy a légköri szén-dioxid (CO2) növekedése milyen mértékben növeli a Föld felszíni hőmérsékletét az üvegházhatás révén. Ezek a számítások arra a következtetésre vezettek, hogy a fosszilis tüzelőanyagok elégetéséből és más égési folyamatokból származó, ember által okozott CO2-kibocsátás elég nagy ahhoz, hogy globális felmelegedést okozzon. Ezt a következtetést széles körben tesztelték, helyet nyerve a modern klímatudomány középpontjában. Arrhenius ebben a munkában más híres tudósok, köztük Joseph Fourier, John Tyndall és Claude Pouillet korábbi munkájára épült. Arrhenius meg akarta határozni, hogy az üvegházhatású gázok hozzájárulhatnak-e a jégkorszakok és az inter-glaciális időszakok közötti hőmérsékletváltozás magyarázatához. Arrhenius a Hold infravörös megfigyeléseit használta-Frank Washington Very és Samuel Pierpont Langley a Pittsburghi Allegheny Obszervatóriumban -, hogy kiszámítsa, mennyi infravörös (hő) sugárzást vesz fel a CO2 és a víz (H2O) gőz a Föld légkörében. Stefan törvényét (ismertebb nevén Stefan-Boltzmann törvény) használva megfogalmazta azt, amit szabálynak nevezett. Eredeti formájában Arrhenius szabálya a következőképpen szól:
ha a szénsav mennyisége növekszik a geometriai progresszióban, akkor a hőmérséklet növelése majdnem aritmetikai progresszióban növekszik.
itt Arrhenius a CO-ra utal2 mint szénsav (amely csak a vizes formára utal H2CO3 a modern használatban). Arrhenius szabályának következő megfogalmazása ma is használatban van:
(C / C 0 ) {\displaystyle \Delta F = \alfa \ln (C / C_{0})}
ahol C 0 {\displaystyle C_{0}}
a CO2 koncentrációja a vizsgált időszak kezdetén (idő-nulla) (ha ugyanazt a koncentrációegységet használjuk mind a C {\displaystyle C}
, mind a C 0 {\displaystyle C_{0}}
, akkor nem számít, melyik koncentrációs egységet használják); C {\displaystyle C}
a CO2-koncentráció a vizsgált időszak végén; Ln a természetes logaritmus (= log bázis e (loge)); és ^ f {\displaystyle \Delta F}
a hőmérséklet növekedése, más szóval a föld felmelegedési sebességének változása felület (sugárzó kényszerítés), amelyet Watt / négyzetméterben mérnek. A légköri sugárzási transzfer modellekből levezetve azt találtuk, hogy a CO2-re vonatkozó (alfa) 5,35 (10%) W/m2 A föld légkörére.
kollégája, Arvid H. O. G. adatai alapján Arrhenius volt az első, aki megjósolta, hogy a fosszilis tüzelőanyagok és más égési folyamatok elégetéséből származó szén-dioxid-kibocsátás elég nagy ahhoz, hogy globális felmelegedést okozzon. Az ő számítás Arrhenius tartalmazza a visszajelzést változások vízgőz, valamint szélességi hatások, de kihagyta felhők, konvekciós hő felfelé a légkörben, és más lényeges tényezők. Munkáját jelenleg kevésbé tekintik a globális felmelegedés pontos számszerűsítésének, mint az első demonstrációnak, amely szerint a légköri CO2 növekedése globális felmelegedést okoz, minden más egyenlő.
Arrhenius CO2 abszorpciós értékei és következtetései 1900-ban kritizálták Knut Enterpriset, aki közzétette a CO2 első modern infravörös abszorpciós spektrumát két abszorpciós sávval, és olyan kísérleti eredményeket tett közzé, amelyek azt mutatták, hogy az infravörös sugárzás abszorpciója a légkörben lévő gáz által már “telített” volt, így további hozzáadása nem változtathat. Arrhenius 1901-ben határozottan válaszolt (Annalen der Physik), a kritikát teljesen elvetve. Címmel röviden érintette a témát egy műszaki könyvben Lehrbuch der kosmischen Physik (1903). Később írt V Enterprldarnas utveckling (1906) (német: Das Werden der Welten, angol: készülő világok) általános közönségnek irányítva, ahol azt javasolta, hogy az emberi CO2-kibocsátás elég erős legyen ahhoz, hogy megakadályozza a világ új jégkorszakba lépését, és hogy melegebb földre lenne szükség a gyorsan növekvő népesség táplálásához:
” bizonyos mértékig a Föld felszínének hőmérsékletét, amint azt most látni fogjuk, a körülötte lévő légkör tulajdonságai határozzák meg, és különösen az utóbbinak a hősugarak számára való áteresztőképessége.”(46. o.)”, hogy a légköri borítékok korlátozzák a bolygók hőveszteségét, a nagy francia fizikus Fourier 1800 körül javasolta. Ötleteit később Pouillet és Tyndall fejlesztette tovább. Elméletüket a melegház-elméletnek nevezték, mert úgy gondolták, hogy a légkör a melegházak üvegtábláinak módjára hat.”(51. o.) ” Ha a levegőben lévő szénsav mennyisége a jelenlegi százalékának felére süllyedne, a hőmérséklet körülbelül 4 xhamsterrel csökkenne; az egynegyedére történő csökkenés 8 milliméterrel csökkentené a hőmérsékletet. Másrészt a levegőben lévő szén-dioxid százalékos arányának megkétszerezése a Föld felszínének hőmérsékletét 4 db-tal növelné; ha pedig a szén-dioxidot négyszeresére növelnénk, a hőmérséklet 8 db-tal emelkedne.”(p. 53) ” bár a tenger a szénsav elnyelésével hatalmas kapacitású szabályozóként működik, amely az előállított szénsav körülbelül öthatodát veszi fel, mégis felismerjük, hogy a légkörben lévő szénsav kis százaléka észrevehető mértékben megváltozhat néhány évszázad alatt.”(54. o.) ” mivel most a meleg korok váltakoztak a jégkorszakokkal, még akkor is, ha az ember megjelent a földön, fel kell tennünk magunknak a kérdést: Valószínű, hogy az elkövetkező geológiai korokban egy új jégkorszak látogat meg minket, amely mérsékelt éghajlatú országainkból Afrika melegebb éghajlatára vezet minket? Úgy tűnik, nincs sok alapja egy ilyen félelemnek. Ipari létesítményeink óriási szénégetése elegendő ahhoz, hogy érzékelhető mértékben növelje a szén-dioxid százalékos arányát a levegőben.”(p. 61) ” gyakran hallunk siránkozásokat, hogy a földben tárolt szenet a jelen nemzedék pazarolja el, anélkül, hogy gondolna a jövőre, és rettegünk az élet és a vagyon szörnyű pusztulásától, amely napjaink vulkánkitöréseit követte. Egyfajta vigaszt találhatunk abban a megfontolásban, hogy itt, mint minden más esetben, a jó keveredik a rosszal. A szénsav növekvő százalékának hatására a légkörben, remélhetjük, hogy egyenlőbb és jobb éghajlatú korszakokat élvezhetünk, különösen a föld hidegebb régiói tekintetében, olyan korszakok, amikor a föld sokkal bőségesebb növényeket hoz létre, mint jelenleg, a gyorsan szaporodó emberiség javára.”(63. o.)
ebben az időben az elfogadott konszenzusos magyarázat az, hogy történelmileg az orbitális kényszerítés meghatározta a jégkorszakok időzítését, a CO2 alapvető erősítő visszacsatolásként működik. Azonban a CO2 kibocsátás az ipari forradalom óta a CO2-t olyan szintre emelte, amelyet 10-15 millió évvel ezelőtt nem tapasztaltak, amikor a globális átlagos felszíni hőmérséklet akár 11–ig is volt ft (6 Ft C) melegebb, mint most, és szinte az összes jég megolvadt, ami a világ tengerszintjét körülbelül 100 lábra emelte, mint a mai.
Arrhenius becslése szerint az akkori CO2-szintek alapján a szintek 0,62-0,55-rel történő csökkentése 4-5 Ft C (Celsius) – tal csökkentené a hőmérsékletet, és a globális átlaghőmérséklet 4-5 a co 2,5-3-szorosa 2 8-9 Celsius-fokos hőmérséklet-emelkedést okozna az északi-sarkvidéken. Worlds in the Making című könyvében leírta a légkör “forró ház” elméletét.