二氧化碳和其他吸热气体有三个或更多的原子，它们的频率与地球发出的红外辐射相对应。氧和氮分子中只有两个原子，它们不吸收红外辐射。
图为二氧化碳分子示意图 图源：Google
大多数来自太阳的短波辐射通过大气层而不被吸收。但是大多数发出的红外辐射都被大气中的吸热气体吸收了。然后他们可以释放红外辐射，或重新辐射热量，其中一些返回地球表面，使它比其他地方更温暖。
图为短波辐射shortwave radiation 图源：Google
热传递研究
冷战期间，人们对多种气体对红外辐射的吸收进行了广泛的研究。这项工作由美国空军领导，他们当时正在研发热追踪导弹，需要了解如何探测空气中的热量。
这项研究使科学家能够通过观察太阳系中所有行星的红外信号来了解它们的温度和大气组成。例如，金星的温度大约是华氏870度(470摄氏度)，因为它厚厚的大气层中有96.5%是二氧化碳。
它还为天气预报和气候模型提供了信息，使它们能够量化有多少红外辐射保留在大气中并返回到地球表面。
人们有时问我为什么二氧化碳对气候如此重要，因为水蒸气吸收了更多的红外辐射，而这两种气体吸收了几个相同的波长。原因是地球的上层大气控制着散发到太空的辐射。上层大气的密度要比接近地面的大气小得多，水蒸气含量也少得多，这意味着增加更多的二氧化碳会显著影响散发到太空中的红外辐射的多少。
观察温室效应
你有没有注意到，即使平均温度一样，沙漠晚上也比森林冷。由于沙漠上空的大气中没有多少水蒸气，它们释放出的辐射很容易就会逃逸到太空中。在较湿润的地区，来自地表的辐射被空气中的水蒸气捕获。同样，多云的夜晚比晴朗的夜晚更温暖，因为有更多的水蒸气存在。
从过去的气候变化中可以看出二氧化碳的影响。过去数百万年的冰芯表明，在温暖时期，二氧化碳浓度很高，约为0.028%。在冰河时代，地球温度比20世纪低7到13华氏度(4到7摄氏度)，二氧化碳只占大气的0.018%。
尽管水蒸气对自然温室效应更为重要，但二氧化碳的变化已经推动了过去的温度变化。相反，大气中的水蒸气含量对温度有反应。随着地球变暖，它的大气层可以容纳更多的水蒸气，这就放大了最初的升温过程，这个过程被称为“水蒸气反馈”。“因此，二氧化碳的变化是过去气候变化的主要影响因素。
