สภาพอากาศบนโลกเราดูเหมือนจะร้อนขึ้นทุกวัน และก๊าซเรือนกระจก (Greenhouse Gas) ในชั้นบรรยากาศก็เป็นสาเหตุของสภาพอากาศร้อนที่เกิดขึ้นนี้ เพราะมันเป็นก๊าซที่มีสมบัติในการดูดซับคลื่นรังสีความร้อนหรือรังสีอินฟราเรดได้ดี ทำให้เกิดการกักเก็บความร้อนไว้ในชั้นบรรยากาศของโลก แทนที่จะปล่อยออกสู่อวกาศ แต่ก็ใช่ว่าก๊าซเรือนกระจกจะเป็นผู้ร้ายเสียทีเดียว เพราะแท้จริงแล้วมันมีความจำเป็นสำต่อสิ่งมีชีวิตบนโลกเช่นกัน

โดยปกติดวงอาทิตย์ส่องสว่างและแผ่รังสีมายังโลก ซึ่ง 30% ของพลังงานจากดวงอาทิตย์ที่มาถึงโลกจะถูกสะท้อนกลับออกไปสู่อวกาศ ขณะที่ประมาณ 70% จะผ่านชั้นบรรยากาศลงมาถึงผิวโลก และจะถูกผิวดิน ผิวน้ำทะเล รวมถึงชั้นบรรยากาศของโลกดูดซับไว้ และนี่เองที่ทำให้โลกของเราไม่หนาวเหน็บเช่นเดียวกับดาวเคราะห์เพื่อนบ้านบางดวง เช่น ดาวอังคาร เพราะแม้ในเวลาที่ด้านหนึ่งของโลกไม่ได้สัมผัสกับแสงอาทิตย์โดยตรง เราก็ยังมีความร้อนที่ผิวโลก ผิวน้ำทะเล  และก๊าซเรือนกระจกคายออกมา สิ่งที่ก๊าซเรือนกระจกคายออกมาคือรังสีอินฟราเรดคลื่นยาวซึ่งจะกลับสู่พื้นโลกอีกครั้ง ทำให้ผิวโลกของเราร้อนขึ้น

อย่างไรก็ตาม หากความร้อนถูกกักเก็บไว้ในปริมาณมากเกินไป
ผิวโลกก็จะร้อนขึ้น กราเซียร์จะละลาย และเกิดปัญหาโลกร้อนตามมาได้

ในช่วงเวลา 800,000 ปีที่ผ่านมา ซึ่งยาวนานกว่าอารยธรรมของมนุษย์ ความเข้มข้นของก๊าซเรือนกระจกในชั้นบรรยากาศของโลกอยู่ระหว่าง 200 ถึง 280 ส่วนต่อล้านส่วน (200-280 โมเลกุลของก๊าซต่ออากาศหนึ่งล้านโมเลกุล) แต่ในศตวรรษที่ผ่านมา นับตั้งแต่การเริ่มต้นปฏิวัติอุตสาหกรรมและการถือกำเนิดของเครื่องจักรไอน้ำที่ใช้ถ่านหินเป็นแรงขับเคลื่อน ความเข้มข้นดังกล่าวได้เพิ่มขึ้นเป็นมากกว่า 400 ส่วนต่อล้านส่วน

ปัจจัยที่ทำให้ก๊าซเรือนกระจกแต่ละชนิดส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศแตกต่างกัน

ก๊าซเรือนกระจกมีหลายชนิด ซึ่งแต่ละชนิดก็ส่งผลต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพอากาศมากน้อยต่างกันไป โดยขึ้นกับปัจจัย 3 ประการ

1. ความเข้มข้นหรือปริมาณในชั้นบรรยากาศ ความเข้มข้นหรือปริมาณของก๊าซเรือนกระจกเป็นปริมาณของอนุภาคของก๊าซในอากาศ การปลดปล่อยก๊าซที่มากขึ้น นำไปสู่ความเข้มข้นที่สูงขึ้นในชั้นบรรยากาศ ซึ่งความเข้มข้นนี้จะมีหน่วยเป็น xx ส่วนต่อล้าน xx ส่วนต่อพันล้าน และ xx ส่วนต่อล้านล้าน หากเทียบง่าย ๆ ก็คือ 1 ส่วนต่อ 1 ล้าน จะคล้ายกับน้ำ 1 หยดที่เจือจางในของเหลวเกือบ 60 ลิตร

2. ระยะเวลาที่อยู่ในชั้นบรรยากาศ ก๊าซเรือนกระจกแต่ละชนิดสามารถอยู่ในชั้นบรรยากาศได้นานแตกต่างกัน โดยอาจมีระยะเวลาตั้งแต่ 2-3 ปี ไปจนถึงหลายพันปีเลยทีเดียว ซึ่งเป็นระยะเวลาที่ยาวนานพอที่ก๊าซทั้งหมดจะผสมปนเปกันไปได้ และนั่นหมายความว่า ปริมาณของก๊าซที่วัดได้ในชั้นบรรยากาศนั้นใกล้เคียงกันทั่วโลกโดยไม่ต้องคำนึงถึงแหล่งที่มาของการปล่อยก๊าซ

3. ประสิทธิภาพในการดักจับความร้อน ในส่วนนี้เป็นสมบัติเฉพาะตัวของก๊าซแต่ละชนิด เนื่องจากพวกมันมีความสามารถในการดูดซับความร้อนและอยู่ในชั้นบรรยากาศได้นานแตกต่างกัน สมบัตินี้เรียกว่า ศักยภาพในการทำให้เกิดภาวะโลกร้อน (Global Warming Potential, GWP) เป็นการวัดพลังงานทั้งหมดที่ก๊าซดูดซับในช่วงเวลาที่กำหนด (โดยทั่วไปคือ 100 ปี) เทียบกับการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ 1 ตัน โดยก๊าซที่มี GWP สูงกว่าจะดูดซับความร้อนได้มากกว่าก๊าซที่มี GWP ต่ำ

ก๊าซเรือนกระจก

ก๊าซแต่ละชนิดประกอบไปด้วยโมเลกุล และโมเลกุลของก๊าซเรือนกระจกส่วนใหญ่มาจากอะตอมตั้งแต่ 3 อะตอมขึ้นไป จับตัวกันอย่างหลวม ๆ และเมื่อมีการดูดซับความร้อน โมเลกุลจะเกิดการสั่นสะเทือน จากนั้นจะปล่อยรังสีอินเฟราเรดคลื่นยาวหรือรังสีความร้อนออกมา ซึ่งอาจถูกโมเลกุลของก๊าซเรือนกระจกชนิดอื่น ๆ ดูดซับไว้อีก กระบวนการนี้ทำให้เกิดความร้อนสะสมอยู่บริเวณใกล้ผิวโลก ก๊าซเรือนกระจกที่สำคัญมีดังนี้

ไอน้ำ (H2O)

ไอน้ำเป็นหนึ่งในส่วนประกอบของอากาศ หลายคนอาจจะแปลกใจที่เห็นว่า ไอน้ำ ก็เป็นหนึ่งในก๊าซเรือนกระจกด้วย แต่เนื่องจากก๊าซเรือนกระจกก็คือก๊าซที่กักเก็บความร้อนไว้ในชั้นบรรยากาศของโลก และไอน้ำก็สามารถกักเก็บความร้อนไว้ได้ ซึ่ง Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) ระบุว่า 36-70% ของก๊าซเรือนกระจก มาจากไอน้ำในชั้นบรรยากาศ และยิ่งอุณหภูมิผิวโลกเพิ่มขึ้น (จากก๊าซเรือนกระจกอื่น ๆ) มากเท่าไร ไอน้ำในอากาศก็ยิ่งมากขึ้น จึงนำไปสู่การกักเก็บความร้อนที่เพิ่มขึ้น อย่างไรก็ตาม ยังคงเป็นที่น่าสังเกตว่า ความร้อนสุทธิอาจยังไม่แน่นอน เพราะแม้ไอน้ำจะกักเก็บความร้อนได้มาก แต่ก็มีไอน้ำบางส่วนที่ช่วยเพิ่มเมฆและสะท้อนพลังงานของดวงอาทิตย์ออกไปสู่อวกาศด้วย

ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2)

คาร์บอนไดออกไซด์เป็นก๊าซเรือนกระจกที่ถูกปลดปล่อยสู่ชั้นบรรยากาศโลกสูงสุด โดยทั่วไปมีอยู่ในบรรยากาศประมาณ 0.031% ของอากาศทั้งหมด ก๊าซชนิดนี้เกิดขึ้นตามธรรมชาติได้หลายลักษณะ เช่น ภูเขาไฟระเบิด การหายใจของสิ่งมีชีวิต แต่กิจกรรมของมนุษย์โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ เช่น ถ่านหิน ก๊าซธรรมชาติ น้ำมัน หรือขยะ ต้นไม้ และวัสดุจากธรรมชาติอื่น ๆ รวมถึงผลิตภัณฑ์ที่เกิดจากปฏิกิริยาเคมี (เช่น การผลิตซีเมนต์) ล้วนทำให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์มีความเข้มข้นสูงขึ้นในบรรยากาศ พวกมันจะหายไปจากชั้นบรรยากาศก็ต่อเมื่อถูกต้นไม้ดูดซับตามวัฏจักรคาร์บอน แต่คาร์บอนไดออกไซด์บางส่วนก็ยังคงอยู่ในชั้นบรรยากาศได้เป็นเวลา 300-1,000 ปี

มีเทน (CH4)

มีเทนเป็นก๊าซที่มาจากทั้งธรรมชาติและกิจกรรมของมนุษย์ โดยถูกปล่อยออกมาจากหนองน้ำ ปลวก การทำปศุสัตว์ มีเทนมีอายุอยู่ในบรรยากาศสั้นกว่าคาร์บอนไดออกไซด์ คือประมาณ 12 ปี แต่ด้วยความที่มีเทนมีศักยภาพในการกักเก็บความร้อนได้ดีกว่า ผลกระทบเชิงเปรียบเทียบของ CH4 จึงมากกว่า CO2 ถึง 25 เท่าในช่วง 100 ปี โดย 50-65% ของมีเทนทั้งหมดถูกปล่อยมาจากกิจกรรมของมนุษย์ ไม่ว่าจะเป็นอุตสาหกรรม เกตรกรรม การจัดการของเสียจากอาคารบ้านเรือน เป็นต้น

ไนตรัสออกไซด์ (N2O)

ไนตรัสออกไซด์หรือแก๊สหัวเราะเคยถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ที่หลากหลาย เช่น ใช้ระงับความเจ็บปวด ใช้กับยานยนต์ ไนตรัสออกไซด์มีอายุอยู่ในชั้นบรรยากาศได้นาน 114 ปี และมีประสิทธิภาพในการดักจับความร้อนมากกว่าก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ถึง 298 เท่า (ในระยะเวลา 100 ปี) มีการปล่อยไนตรัสออกไซด์คิดเป็นประมาณ 6% ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เกิดจากมนุษย์ทั่วโลก โดยถูกปล่อยออกมาระหว่างการทำเกษตรกรรมและอุตสาหกรรม การเผาไหม้ของเชื้อเพลิงซากดึกดำบรรพ์ ขยะมูลฝอย การบำบัดน้ำเสีย และก๊าซชนิดนี้จะถูกกำจัดออกจากบรรยากาศด้วยการกักเก็บไว้ในดิน หรือทำลายด้วยปฏิกิริยาทางเคมี

โอโซน (O3)

โดยปกติแล้วโอโซนจะอยู่ในชั้นสตราโทสเฟียร์และช่วยดูดกลืนรังสีอัลตราไวโอเลตที่จะส่องลงมายังผิวโลก ซึ่งเป็นอันตรายต่อสิ่งมีชีวิตและก่อให้เกิดมะเร็งผิวหนัง แต่โอโซนในบรรยากาศชั้นสูง ๆ กลับมีน้อยลงเนื่องจากถูกทำลายโดยสาร CFCs และ Flurocarbon ทำให้ความร้อนและรังสีจากดวงอาาทิตย์ส่องลงมายังผิวโลกได้มากขึ้น ขณะที่โอโซนในบรรยากาศชั้นล่าง ๆ ซึ่งส่วนใหญ่มาจากการกระทำของมนุษย์กลับมีมากเกินไป ทำให้มีการกักเก็บความร้อนได้มากขึ้น และทำให้เกิดภาวะโลกร้อนตามมา

กลุ่มก๊าซฟลูออริเนต

กลุ่มก๊าซฟลูออริเนตประกอบไปด้วย ไฮโดรฟลูออโรคาร์บอน (HFCs) เพอร์ฟลูออโรคาร์บอน (PFCs) ซัลเฟอร์เฮกซะฟลูออไรด์ (SF6) และไนโตรเจนไตรฟลูออไรด์ (NF3) รวมถึงสารซีเอฟซี (CFCs) (ซึ่งปัจจุบันสารซีเอฟซีได้ถูกบังคับให้เลิกใช้แล้ว) สารเหล่านี้เป็นสารสังเคราะห์ที่ถูกปล่อยออกมาจากกระบวนการอุตสาหกรรมต่าง ๆ แม้ว่าก๊าซกลุ่มฟลูออริเนตจะมีปริมาณในบรรยากาศที่น้อยกว่าก๊าซเรือนกระจกอื่น ๆ โดยคิดเป็นเพียง 2% ของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกทั่วโลกที่มนุษย์สร้างขึ้น แต่พวกมันกลับมีศักยภาพในการทำให้เกิดภาวะโลกร้อน (GWP) สูง เนื่องจากมีสามารถกักเก็บความร้อนสูง และมีอายุในชั้นบรรยากาศยาวนาน ตั้งแต่หลายร้อยปีไปจนถึงหลายหมื่นปี