No desenvolvimento de uma teoria para explicar as idades de gelo, Arrhenius, em 1896, foi o primeiro a usar princípios básicos de físico-química para calcular as estimativas de medida que aumenta atmosférica de dióxido de carbono (CO2) e aumento da temperatura da superfície da Terra através do efeito de estufa. Estes cálculos levaram-no a concluir que as emissões de CO2 causadas pelo homem, a partir da queima de combustíveis fósseis e outros processos de combustão, são grandes o suficiente para causar o aquecimento global. Esta conclusão tem sido amplamente testada, ganhando um lugar no centro da ciência climática moderna. Arrhenius, neste trabalho, construído sobre o trabalho anterior de outros cientistas famosos, incluindo Joseph Fourier, John Tyndall e Claude Pouillet. Arrhenius queria determinar se os gases de efeito estufa poderiam contribuir para a explicação da variação de temperatura entre os períodos glacial e inter-glacial. Arrhenius usou observações infravermelhas da Lua-por Frank Washington Very e Samuel Pierpont Langley no Allegheny Observatory em Pittsburgh-para calcular a quantidade de radiação infravermelha (calor) captada pelo CO2 e vapor de água (H2O) na atmosfera da Terra. Usando a “lei de Stefan” (mais conhecida como a lei de Stefan–Boltzmann), ele formulou o que ele se referia como uma “regra”. Na sua forma original, a regra de Arrhenius diz o seguinte:
se a quantidade de ácido carbônico aumenta na progressão geométrica, o aumento da temperatura irá aumentar quase na progressão aritmética.
aqui, Arrhenius refere-se ao CO2 como ácido carbônico (que se refere apenas à forma aquosa H2CO3 no uso moderno). A seguinte formulação da regra de Arrhenius ainda está em uso hoje.:
Δ F = α ln ( C / C 0 ) {\displaystyle \Delta F=\alpha \ln(C/C_{0})}
onde C 0 {\displaystyle C_{0}}
é a concentração de CO2 no início (tempo zero) de que o período a ser estudado (se a mesma concentração de unidade é utilizada para C {\displaystyle C}
e C 0 {\displaystyle C_{0}}
, então não importa qual a concentração unidade); C {\displaystyle C}
é a concentração de CO2 no final do período que está sendo estudado; ln é o logaritmo natural (= log base e (loge)); e ∆ F {\displaystyle \Delta F}
é o aumento da temperatura, em outras palavras, a mudança na taxa de aquecimento da superfície da Terra (força radiativa), que é medida em Watts por metro quadrado. Derivações de modelos de transferência radiativa atmosférica descobriram que α {\displaystyle \ alpha }
(alfa) para o CO2 é 5,35 (± 10%) W/m2 para a atmosfera terrestre.
com Base nas informações do seu colega Arvid Högbom, Arrhenius foi a primeira pessoa a prever-se que as emissões de dióxido de carbono a partir da queima de combustíveis fósseis e outros processos de combustão eram grandes o suficiente para causar o aquecimento global. Em seu cálculo Arrhenius incluiu o feedback de mudanças no vapor de água, bem como efeitos latitudinais, mas ele omitiu nuvens, convecção de calor para cima na atmosfera, e outros fatores essenciais. Seu trabalho é atualmente visto menos como uma quantificação precisa do aquecimento global do que como a primeira demonstração de que o aumento do CO2 atmosférico causará o aquecimento global, sendo tudo o resto igual.
Arrhenius os valores de absorção de CO2 e suas conclusões críticas atendidas por Knut Ångström, em 1900, que publicou o primeiro moderno espectro de absorção no infravermelho de CO2 com duas bandas de absorção, e publicou os resultados experimentais que parecia mostrar que a absorção de radiação infravermelha pelos gases na atmosfera já era “saturado” de modo que a adição de mais poderia fazer nenhuma diferença. Arrhenius respondeu fortemente em 1901 (Annalen der Physik), descartando a crítica completamente. He touched on the subject briefly in a technical book entitled Lehrbuch der kosmischen Physik (1903). Mais tarde, ele escreveu Världarnas utveckling (1906) (em alemão: Das Werden der Welten , em inglês: Mundos de produção ) dirigida a um público geral, onde ele sugeriu que os humanos emissão de CO2 seria forte o suficiente para impedir o mundo de entrar em uma nova era do gelo, e que uma terra mais quente que seria necessário para alimentar a crescente população:
” em certa medida, a temperatura da superfície da terra, como veremos atualmente, é condicionada pelas propriedades da atmosfera que a rodeia, e particularmente pela permeabilidade desta última para os raios de calor.”(p. 46) ” que os envelopes atmosféricos limitam as perdas de calor dos planetas foram sugeridas por volta de 1800 pelo grande físico francês Fourier. Suas ideias foram posteriormente desenvolvidas por Pouillet e Tyndall. Sua teoria tem sido chamada de teoria hot-house, porque eles pensavam que a atmosfera Agia segundo a maneira das placas de vidro de hot-houses.”(p. 51) “Se a quantidade de ácido carbônico no ar deve pia para metade o seu presente, porcentagem, a temperatura cairia em cerca de 4°; uma diminuição para um quarto seria reduzir a temperatura de 8°. Por outro lado, qualquer duplicação da percentagem de dióxido de carbono no ar iria elevar a temperatura da superfície da terra pelo 4°; e se o dióxido de carbono aumentaram quatro vezes, a temperatura aumentaria em 8°.” (p. 53) ” embora o mar, ao absorver ácido carbônico, atua como um regulador de enorme capacidade, que ocupa cerca de cinco sextos do ácido carbônico produzido, ainda reconhecemos que a pequena porcentagem de ácido carbônico na atmosfera Pode, pelos avanços da indústria, ser alterada em um grau notável ao longo de alguns séculos.”(p. 54) ” uma vez que, agora, as idades quentes alternaram com os períodos glaciais, mesmo depois de o homem ter aparecido na terra, temos de nos perguntar a nós próprios: Será provável que, nas próximas idades geológicas, sejamos visitados por um novo período de gelo que nos levará dos nossos países temperados para os climas mais quentes da África? Não parece haver muito terreno para tal apreensão. A enorme combustão do carvão pelos nossos estabelecimentos industriais é suficiente para aumentar a percentagem de dióxido de carbono no ar de forma perceptível.” (p. 61) “muitas vezes ouvimos lamentações que o carvão armazenado na terra é desperdiçado pela geração presente, sem pensar no futuro, e estamos aterrorizados com a terrível destruição de vidas e propriedades que tem seguido as erupções vulcânicas de nossos dias. Podemos encontrar uma espécie de consolação na consideração de que aqui, como em todos os outros casos, há o bem misturado com o mal. Pela influência do aumento da percentagem de ácido carbônico na atmosfera, esperamos para desfrutar as idades, com mais equable e melhores climas, especialmente no que se refere a regiões mais frias da terra, média, quando a terra vai trazer muito mais colheitas abundantes do que no presente, para o benefício da rápida propagação da humanidade.”(p. 63)
At this time, the accepted consensus explanation is that, historically, orbital forcing has set the timing for ice ages, with CO2 acting as an essential amplifying feedback. No entanto, o CO2 versões desde a revolução industrial aumentaram de CO2 para um nível não encontrado desde 10 a 15 milhões de anos atrás, quando a média global da temperatura da superfície foi até 11 °F (6 °C mais quentes do que agora, e quase todos gelo tinha derretido, levantando mundo do nível do mar até cerca de 100 metros mais alto que hoje.
Arrhenius estimados com base nos níveis de CO2 no seu tempo, que a redução dos níveis de 0.62–0.55 iria diminuir as temperaturas de 4 a 5 °C (Celsius) e um aumento de 2,5 a 3 vezes o do CO2 poderia causar um aumento de temperatura de 8 a 9 °C no Ártico. In his book Worlds in the Making he described the “hot-house” theory of the atmosphere.