în dezvoltarea unei teorii pentru a explica epocile glaciare, Arrhenius, în 1896, a fost primul care a folosit principiile de bază ale chimiei fizice pentru a calcula estimările măsurii în care creșterea dioxidului de carbon atmosferic (CO2) va crește temperatura suprafeței Pământului prin efectul de seră. Aceste calcule l-au determinat să concluzioneze că emisiile de CO2 cauzate de om, de la arderea combustibililor fosili și alte procese de ardere, sunt suficient de mari pentru a provoca încălzirea globală. Această concluzie a fost testată pe larg, câștigând un loc în centrul științei climatice moderne. Arrhenius, în această lucrare, a construit pe munca anterioară a altor oameni de știință celebri, inclusiv Joseph Fourier, John Tyndall și Claude Pouillet. Arrhenius a dorit să determine dacă gazele cu efect de seră ar putea contribui la explicarea variației de temperatură între perioadele glaciare și inter-glaciare. Arrhenius a folosit observații în infraroșu ale lunii-de Frank Washington Very și Samuel Pierpont Langley la Observatorul Allegheny din Pittsburgh-pentru a calcula cât de mult din radiația infraroșie (căldură) este captată de CO2 și vapori de apă (H2O) în atmosfera Pământului. Folosind ‘ Legea lui Stefan ‘(mai bine cunoscut sub numele de legea Stefan–Boltzmann), el a formulat ceea ce el a numit o’regulă’. În forma sa originală, regula lui Arrhenius citește după cum urmează:
dacă cantitatea de acid carbonic crește în progresia geometrică, mărirea temperaturii va crește aproape în progresia aritmetică.
aici, Arrhenius se referă la CO2 ca acid carbonic (care se referă numai la forma apoasă H2CO3 în utilizarea modernă). Următoarea formulare a regulii lui Arrhenius este încă în uz astăzi:
{\displaystyle \ Delta F = \ alpha\ln (C / C_{0})}
unde C 0 {\displaystyle C_{0}}
este concentrația de CO2 la începutul (timpul-zero) perioadei studiate (dacă aceeași unitate de concentrație este utilizată atât pentru C {\displaystyle c}
, cât și pentru C 0 {\displaystyle C_{0}}
, atunci nu contează ce unitate de concentrație este utilizată); C {\displaystyle C}
este concentrația de CO2 la sfârșitul perioadei studiate; ln este logaritmul natural (= log base e (loge)); iar F {\displaystyle \Delta F}
este mărirea temperaturii, cu alte cuvinte Modificarea vitezei de încălzire a suprafeței Pământului (forțarea radiativă), care se măsoară în wați pe metru pătrat. Derivările din modelele de transfer radiativ atmosferic au constatat că valoarea de 5,35 (10%) W/m2 pentru atmosfera Pământului este de 5,35 (10%) W / m2.
pe baza informațiilor de la colegul său Arvid h, Arrhenius a fost prima persoană care a prezis că emisiile de dioxid de carbon din arderea combustibililor fosili și a altor procese de ardere au fost suficient de mari pentru a provoca încălzirea globală. În calculul său, Arrhenius a inclus feedback – ul de la modificările vaporilor de apă, precum și efectele latitudinale, dar a omis norii, convecția căldurii în sus în atmosferă și alți factori esențiali. Lucrarea sa este văzută în prezent mai puțin ca o cuantificare exactă a încălzirii globale decât ca prima demonstrație că creșterea CO2 atmosferic va provoca încălzirea globală, orice altceva fiind egal.
valorile de absorbție ale lui Arrhenius pentru CO2 și concluziile sale au întâmpinat critici de către Knut Inktstr Inktm în 1900, care a publicat primul spectru modern de absorbție în infraroșu a CO2 cu două benzi de absorbție și a publicat rezultate experimentale care păreau să arate că absorbția radiației infraroșii de către gazul din atmosferă era deja „saturată”, astfel încât adăugarea mai multor nu ar putea face nicio diferență. Arrhenius a răspuns puternic în 1901 (Annalen der Physik), respingând cu totul critica. El a atins subiectul pe scurt într-o carte tehnică intitulată Lehrbuch der kosmischen Physik (1903). El a scris mai târziu v Ectrivrldarnas utveckling (1906) (germană: Das werden der Welten , engleză: lumi în devenire ) îndreptat către un public general, unde a sugerat că emisiile umane de CO2 ar fi suficient de puternice pentru a împiedica lumea să intre într-o nouă eră glaciară și că ar fi nevoie de un pământ mai cald pentru a hrăni populația în creștere rapidă:
„într-o anumită măsură, temperatura suprafeței pământului, așa cum vom vedea în prezent, este condiționată de proprietățile atmosferei care o înconjoară și, în special, de permeabilitatea acesteia din urmă pentru razele de căldură.”(p. 46) ” că plicurile atmosferice limitează pierderile de căldură de pe planete au fost sugerate în jurul anului 1800 de marele fizician francez Fourier. Ideile sale au fost dezvoltate ulterior de Pouillet și Tyndall. Teoria lor a fost numită teoria Hot-house, deoarece au crezut că atmosfera a acționat după maniera geamurilor de sticlă ale hot-houses.”(p. 51) ” dacă cantitatea de acid carbonic din aer ar trebui să scadă la jumătate din procentul său actual, temperatura ar scădea cu aproximativ 4%; o diminuare la un sfert ar reduce temperatura cu 8%. Pe de altă parte, orice dublare a procentului de dioxid de carbon din aer ar crește temperatura suprafeței pământului cu 4%; iar dacă dioxidul de carbon ar crește de patru ori, temperatura ar crește cu 8%.”(p. 53) ” deși marea, prin absorbția acidului carbonic, acționează ca un regulator de capacitate uriașă, care ocupă aproximativ cinci șesimi din acidul carbonic produs, recunoaștem totuși că procentul ușor de acid carbonic din atmosferă poate fi schimbat într-un grad vizibil în decursul câtorva secole.”(p. 54) ” întrucât, acum, epocile calde au alternat cu perioadele glaciare, chiar și după ce omul a apărut pe pământ, trebuie să ne întrebăm: Este probabil ca în următoarele epoci geologice să fim vizitați de o nouă perioadă de gheață care ne va conduce din țările noastre temperate în climatele mai calde ale Africii? Nu pare să existe prea mult teren pentru o astfel de reținere. Arderea enormă a cărbunelui de către unitățile noastre industriale este suficientă pentru a crește procentul de dioxid de carbon din aer într-un grad perceptibil.”(p. 61) ” auzim adesea plângeri că cărbunele stocat în pământ este irosit de generația actuală fără să ne gândim la viitor și suntem îngroziți de distrugerea îngrozitoare a vieții și a proprietății care a urmat erupțiilor vulcanice din zilele noastre. Putem găsi un fel de consolare în considerația că aici, ca în orice alt caz, există bine amestecat cu răul. Prin influența procentului tot mai mare de acid carbonic din atmosferă, putem spera să ne bucurăm de epoci cu un climat mai egal și mai bun, în special în ceea ce privește regiunile mai reci ale pământului, epoci în care pământul va produce recolte mult mai abundente decât în prezent, în beneficiul propagării rapide a omenirii.”(p. 63)
în acest moment, explicația consensuală acceptată este că, din punct de vedere istoric, forțarea orbitală a stabilit calendarul pentru epocile glaciare, CO2 acționând ca un feedback esențial de amplificare. Cu toate acestea, emisiile de CO2 de la revoluția industrială au crescut CO2 până la un nivel care nu a fost găsit de acum 10 până la 15 milioane de ani, când temperatura medie globală a suprafeței a fost cu până la 11 CTF (6 Ctfc) mai caldă decât acum și aproape toată gheața s-a topit, ridicând nivelul mării mondiale la aproximativ 100 de metri mai mare decât în prezent.
Arrhenius a estimat pe baza nivelurilor de CO2 la vremea sa, că reducerea nivelurilor cu 0,62–0,55 ar scădea temperaturile cu 4-5 creșterea de 2,5 până la 3 ori a CO2 ar determina o creștere a temperaturii de 8-9 centimetri C în Arctica. În cartea sa lumi în devenire a descris teoria” casei fierbinți ” a atmosferei.