La atmósfera deja pasar la radiación solar que llega a la Tierra. Pero cuando la radiación solar se refleja sobre la superficie terrestre pierde energía y se transforma en energía infrarroja que es absorbida por algunas moléculas de la atmosfera (CO₂, CH₄, H₂O...) (Figura 1). A estos gases los denominamos GEI (gases de efecto invernadero) porque, al retener parte del calor que la tierra emitiría al exterior, hacen que aumente la temperatura, actuando como un invernadero. 

Antes de la época industrial, las concentraciones de los gases de efecto invernadero se mantenían en unos niveles más o menos constantes por procesos naturales que los generaban o consumían (vulcanismo, descomposición, respiración, fotosíntesis...). La radiación absorbida por la Tierra y la emitida se mantenían en un equilibrio que proporcionaba una temperatura adecuada para la vida en la Tierra. 

La emisión desproporcionada de estos gases desde la revolución industrial ha alterado el equilibrio. Para revertir este proceso necesitamos conocer cómo se generan estos gases y actuar sobre esas fuentes.

                              Figura 1. GEI, A loose necktie, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0                            Figura 2. Efecto invernadero, Physikinger, Wikimedia Commons, CC0 1.0 

Las sustancias que contienen C e H (hidrocarburos) pueden reaccionar con oxígeno, transformándose en CO₂ y H₂O y liberando energía. Se denominan reacciones de combustión y son las que nos permiten obtener energía de los combustibles fósiles como el carbón o el petróleo. 

La invención de la máquina de vapor durante la revolución industrial desató estos procesos de combustión. El funcionamiento de esta máquina consistía en quemar carbón, utilizar esa energía para convertir agua líquida en vapor y aprovechar la energía del vapor para producir un movimiento. En el siglo XIX lo que se movía con ese vapor eran las turbinas o pistones que accionaban mecanismos de máquinas industriales, barcos de vapor, trenes...

Actualmente, el funcionamiento de las centrales térmicas se basa en el mismo principio. El vapor generado se utiliza para mover unas turbinas conectadas a los generadores que producen la electricidad de muchos hogares, oficinas, fábricas, escuelas, hospitales... de todo el planeta

        C + O₂ → CO₂ + H₂0 

Pero además, existen muchos otros procesos para aprovechar la energía de la combustión de otros combustibles fósiles. 

Por ejemplo, para la calefacción de los hogares, cocinas, agua caliente... se queman gas natural (CH₄) u otros combustibles como propano (C₃H₈), butano (C₄H₁₀), biomasa o leña... en calderas, chimeneas o cocinas:

CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂0 

C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂0 

C₄H₁₀ + O₂ → CO₂ + H₂0

En los motores de los medios de transporte y maquinaria se queman combustibles como diésel o gasolina para producir su movimiento. Si simplificamos la fórmula de la gasolina:

C₈H₁₈ + O₂ → CO₂ + H₂0

La cantidad de reacciones de combustión que están ocurriendo en el mundo a cada instante, produciendo CO₂, es desorbitada: Miles de centrales térmicas produciendo electricidad emiten un quinto de las emisiones de CO₂ que causan el efecto invernadero. Coches, aviones, trenes... transportando personas. Tractores en las tareas agrícolas para producir los alimentos de todo el mundo, camiones transportando esos alimentos y millones de otros artículos de consumo. Maquinaria variada. Industrias produciendo todo lo que se compra cada día. Calefacciones de casas, empresas, edificios públicos... 

La siguiente gráfica muestra los datos de concentración de CO₂ en la atmósfera medidos por la NASA desde 1958 (línea roja) y los de épocas anteriores, estimados por métodos indirectos (línea amarilla). Los datos científicos muestran la evidencia del aumento de concentraciones desde la revolución industrial.

Evidencia de que el CO₂ atmosférico ha aumentado desde la Revolución Industrial. Luthi, D., et al.. 2008; Etheridge, DM, et al. 2010; datos de núcleos de hielo de Vostok/JR Petit et al.; NASA Ciencia, Licencia de la NASA

El cambio climático se refiere a los cambios a largo plazo de las temperaturas y los patrones climáticos por la absorción de calor por parte del exceso de gases de efecto invernadero que produce la actividad humana.

El siguiente gráfico muestra el cambio en la temperatura de la superficie global en comparación con el promedio preindustrial. La Tierra era aproximadamente alrededor de 1,36 grados Celsius más cálida en 2023. Los 10 años más recientes son los más cálidos registrados. El análisis de la NASA generalmente coincide con análisis independientes preparados por la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica (NOAA) y otros grupos de investigación. 

ÍNDICE DE TEMPERATURA GLOBAL TIERRA-OCÉANO, Instituto Goddard de Estudios Espaciales (GISS) de la NASA,  NASA, Licencia de la NASA

Los datos anteriores mostraban la variación de la temperatura media de la Tierra. Pero el cambio de temperatura no es el mismo en cada punto del planeta. Hay lugares que se ven mucho más afectados por el calentamiento. En el siguiente vídeo se observa como ha ido cambiando la temperatura media registrada en distintos puntos de la Tierra en los últimos 100 años hasta 2015.

• Estas variaciones de temperatura causan variaciones en las corrientes de convección en el aire, originándose cambios en el clima, incremento de fenómenos extremos como sequías, lluvias torrenciales, huracanes...
• Las superficies de hielo de los polos y glaciares de montaña está disminuyendo. En consecuencia, el nivel del mar está aumentando.
• El aumento de temperatura de los océanos hace que se libere a la atmósfera CO₂ que estaba disuelto en ellos, agravando el problema. 
• Los ecosistemas y la biodiversidad se están viendo seriamente afectada por estos cambios.
• Los cambios en el clima, el aumento de sequías y desertificación pueden causar dificultades para la producción de alimentos. Existe ya el término "refugiado climático" para las personas que tienen que abandonar sus hogares porque se han visto seriamente afectados por las consecuencias climáticas.