vid utvecklingen av en teori för att förklara istiden var Arrhenius 1896 den första som använde grundläggande principer för fysikalisk kemi för att beräkna uppskattningar av i vilken utsträckning ökningar av atmosfärisk koldioxid (CO2) kommer att öka jordens yttemperatur genom växthuseffekten. Dessa beräkningar ledde honom till slutsatsen att mänskliga orsakade CO2-utsläpp, från förbränning av fossila bränslen och andra förbränningsprocesser, är tillräckligt stora för att orsaka global uppvärmning. Denna slutsats har testats omfattande och vunnit en plats i kärnan i modern klimatvetenskap. Arrhenius, i detta arbete, byggt på tidigare arbete av andra kända forskare, inklusive Joseph Fourier, John Tyndall och Claude Pouillet. Arrhenius ville bestämma om växthusgaser skulle kunna bidra till förklaringen av temperaturvariationen mellan glaciala och interglaciala perioder. Arrhenius använde infraröda observationer av månen-av Frank Washington Very och Samuel Pierpont Langley vid Allegheny Observatory i Pittsburgh – för att beräkna hur mycket infraröd (värme) strålning som fångas av CO2 och vatten (H2O) ånga i jordens atmosfär. Med hjälp av ’ Stefans lag ’(bättre känd som Stefan–Boltzmann-lagen) formulerade han vad han kallade’regel’. I sin ursprungliga form har Arrhenius regel följande:
om mängden kolsyra ökar i geometrisk progression kommer ökningen av temperaturen att öka nästan i aritmetisk progression.
här hänvisar Arrhenius till CO2 som kolsyra (som endast hänvisar till den vattenhaltiga formen H2CO3 i modern användning). Följande formulering av Arrhenius regel används fortfarande idag:
c / c 0 {\displaystyle \Delta F = \alpha \ln ( C / C_{0})}
där C 0 {\displaystyle C_{0}}
är koncentrationen av CO2 i början (tid-noll) av perioden som studeras (om samma koncentrationsenhet används för både C {\displaystyle C}
och C 0 {\displaystyle C_{0}}
, då spelar det ingen roll vilken koncentrationsenhet som används); C {\displaystyle C}
är CO2-koncentrationen vid slutet av den period som studeras; ln är den naturliga logaritmen (= log base e (loge)); och Brasiliens f {\displaystyle \Delta f}
är ökningen av temperaturen, med andra ord förändringen i hastigheten för uppvärmning av jordens yta (strålningsdrivning), som mäts i watt per kvadratmeter. Derivationer från atmosfäriska strålningsöverföringsmodeller har funnit att {\displaystyle \alpha }
(alfa) för CO2 är 5,35 (10%) W/m2 för jordens atmosfär.
Arrhenius var den första personen som förutspådde att koldioxidutsläppen från förbränning av fossila bränslen och andra förbränningsprocesser var tillräckligt stora för att orsaka global uppvärmning. I sin beräkning inkluderade Arrhenius återkopplingen från förändringar i vattenånga samt latitudeffekter, men han utelämnade moln, konvektion av värme uppåt i atmosfären och andra väsentliga faktorer. Hans arbete ses för närvarande mindre som en exakt kvantifiering av global uppvärmning än som den första demonstrationen som ökar i atmosfärisk CO2 kommer att orsaka global uppvärmning, allt annat är lika.
Arrhenius absorptionsvärden för CO2 och hans slutsatser möttes av kritik från Knut 2900, som publicerade det första moderna infraröda absorptionsspektrumet av CO2 med två absorptionsband, och publicerade experimentella resultat som tycktes visa att absorptionen av infraröd strålning av gasen i atmosfären redan var ”mättad” så att tillsats av mer inte kunde göra någon skillnad. Arrhenius svarade starkt 1901 (Annalen der Physik) och avfärdade kritiken helt och hållet. Han berörde ämnet kort i en teknisk bok med titeln Lehrbuch der kosmischen Physik (1903). Senare skrev han v Bisexrldarnas utveckling (1906) (tyska: das Werden der Welten , engelska: Worlds in The Making ) riktad mot en allmän publik, där han föreslog att den mänskliga utsläppet av CO2 skulle vara tillräckligt starkt för att förhindra att världen kommer in i en ny istid, och att en varmare jord skulle behövas för att mata den snabbt ökande befolkningen:
” i viss utsträckning är temperaturen på jordens yta, som vi för närvarande kommer att se, betingad av egenskaperna hos atmosfären som omger den, och särskilt av permeabiliteten hos den senare för värmestrålarna.”(s. 46) ” att de atmosfäriska kuverten begränsar värmeförlusterna från planeterna hade föreslagits omkring 1800 av den stora franska fysikern Fourier. Hans tankar vidareutvecklades därefter av Pouillet och Tyndall. Deras teori har utformats hot-house teori, eftersom de trodde att atmosfären agerade på samma sätt som glasrutor av hot-hus.”(S. 51) ” om mängden kolsyra i luften skulle sjunka till hälften av sin nuvarande procentandel, skulle temperaturen sjunka med cirka 4 kg; en minskning till en fjärdedel skulle minska temperaturen med 8 kg. Å andra sidan skulle en fördubbling av procentandelen koldioxid i luften höja temperaturen på jordytan med 4 kg; och om koldioxiden ökades fyrfaldigt skulle temperaturen stiga med 8 kg.” (p. 53) ” även om havet, genom att absorbera kolsyra, fungerar som en regulator med enorm kapacitet, som tar upp cirka fem sjättedelar av den producerade kolsyran, inser vi ändå att den lilla andelen kolsyra i atmosfären genom industrins framsteg kan ändras i märkbar grad under några århundraden.”(s. 54) ” eftersom nu varma åldrar har växlat med isperioder, även efter att människan dykt upp på jorden, måste vi Fråga oss själva: Är det troligt att vi under de kommande geologiska tidsåldrarna kommer att besökas av en ny isperiod som kommer att driva oss från våra tempererade länder till Afrikas varmare klimat? Det verkar inte finnas mycket grund för en sådan oro. Den enorma förbränningen av kol från våra industrianläggningar räcker för att öka andelen koldioxid i luften i märkbar grad.” (p. 61) ” vi hör ofta klagan över att kolet som lagras upp på jorden slösas bort av den nuvarande generationen utan någon tanke på framtiden, och vi är rädda för den fruktansvärda förstörelsen av liv och egendom som har följt vulkanutbrotten i våra dagar. Vi kan finna en slags tröst i övervägande att här, som i alla andra fall, det finns gott blandat med det onda. Genom påverkan av den ökande andelen kolsyra i atmosfären kan vi hoppas kunna njuta av åldrar med mer jämlika och bättre klimat, särskilt när det gäller de kallare områdena på jorden, åldrar när jorden kommer att frambringa mycket rikligare grödor än för närvarande, till förmån för att snabbt föröka mänskligheten.”(s. 63)
vid denna tidpunkt är den accepterade konsensusförklaringen att historiskt sett har orbitaltvingning satt tidpunkten för istider, med CO2 som en väsentlig förstärkande återkoppling. CO2-utsläpp sedan den industriella revolutionen har dock ökat CO2 till en nivå som inte hittades sedan 10 till 15 miljoner år sedan, när den globala genomsnittliga yttemperaturen var upp till 11 kg F (6 kg C) varmare än nu och nästan all is hade smält, vilket höjde världens havsnivåer till cirka 100 meter högre än dagens.
Arrhenius beräknad baserat på CO2-nivåerna vid sin tid, att minskande nivåer med 0,62–0,55 skulle minska temperaturerna med 4-5 kg C (Celsius) och en ökning av av 2,5 till 3 gånger CO2 skulle orsaka en temperaturökning på 8-9 kcal C i Arktis. I sin bok Worlds in The Making beskrev han” hot-house ” – teorin om atmosfären.