大气中的温室气体吸收来自地球表面的热辐射后，会再次向各个方向辐射，向地表和低层大气的再辐射将会引起地表平均温度的升高。温室气体浓度的增加会导致大气红外辐射不透明度增加，使热量集聚在地表和对流层系统内，从而引起温室效应。
由于人类化石燃料燃烧排放大量的温室气体，导致大气中温室气体浓度增加，从而引起全球温室效应，其表现为全球气温升高。气候变化专门委员会（IPCC）报告指出，1951～2010年温室气体引起全球地表温度增加0.5～1.3℃。据预测，到2400年，全球温室气体的增加将导致全球平均气温增加2～6℃。
温室效应使地球变暖不是一件好事，将导致北极、南极的冰雪部分融化，从而使海平面上升。自1920年以来，两极冰雪融化和海平面呈上升趋势。全球平均海平面比过去升高30多厘米。这不得不引起世界各国的气象、海洋、农林、环境等部门的关注。有科学家指出，如果目前二氧化碳浓度翻一番，海平面将上涨80厘米，沿海地区将损失大片良田。如果海平面因气候变暖而上升的话，全世界沿海低洼地区将被海水淹没，数百万的沿海居民将被迫迁居。
导致地球温室效应形成的主要原因是二氧化碳，但是，随着现代工业的飞速发展，工业所排放出来能够形成温室效应的气体就不单单是二氧化碳了。比如，汽车尾气中所含的氮氧化合物和燃烧中产生的氮氧化物，同样也具有制造温室效应的功能。另外，像煤矿、垃圾堆等处生产的甲烷，更是制造温室效应的顶尖高手。
尽管目前产生温室效应的主要气体还是我们生产中排放的二氧化碳，但在21世纪，二氧化碳在产生温室效应方面都会退避三舍，甲烷将一跃成为“头号元凶”。
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