A ciência das mudanças climáticas explicada: Fatos, evidências e provas

O que aconteceu?

Durante a Revolução Industrial, a utilização crescente de carvão mineral, petróleo e gás natural aumentou rapidamente a transferência de carbono armazenado durante milhões de anos no subsolo para a atmosfera. A utilização desses combustíveis produz, principalmente, dióxido de carbono pela reação química de combustão.

Uma representação simplificada da combustão de um hidrocarboneto pode ser escrita como:

\( \mathrm{C}_{x}\mathrm{H}_{y} + \mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{CO}_{2} + \mathrm{H}_{2}\mathrm{O} + \text{energia} \)

O carbono que estava armazenado em depósitos geológicos passa, portanto, para a atmosfera na forma de CO₂. Parte desse carbono é posteriormente absorvida pelos oceanos e pela biosfera terrestre, mas uma parcela permanece na atmosfera durante períodos suficientemente longos para alterar o balanço radiativo do sistema climático. O ciclo global do carbono é, portanto, fundamental para compreender a evolução da concentração atmosférica de CO₂.

O fenômeno não deve ser confundido com uma simples "camada de calor" envolvendo a Terra. A explicação física é mais precisa: a atmosfera modifica o transporte de energia por radiação, enquanto a convecção, a evaporação, a condensação e a circulação atmosférica redistribuem energia pelo sistema climático.

Por que esta descoberta é importante?

Compreender a Física do clima é importante porque permite separar três questões que frequentemente são misturadas no debate público:

• O clima está mudando? Sim, e isso pode ser determinado por observações independentes.
• A atividade humana influencia essa mudança? Sim, por meio de alterações mensuráveis na composição atmosférica e em outros agentes climáticos.
• Qual será exatamente a consequência em cada região? Essa é uma questão mais complexa, envolvendo circulação atmosférica, oceanos, relevo, uso do solo, ecossistemas e retroalimentações.

A existência de incertezas em algumas previsões regionais não significa que exista incerteza equivalente sobre a Física fundamental do efeito estufa. Em ciência, é essencial distinguir entre uma lei física bem estabelecida e a dificuldade de prever quantitativamente todos os detalhes de um sistema extremamente complexo.

Como funciona?

O efeito estufa começa com a energia proveniente do Sol. A radiação solar chega predominantemente em comprimentos de onda relativamente curtos, incluindo as regiões do visível e do ultravioleta próximo. Uma parte dessa radiação é refletida por nuvens, aerossóis, gelo, neve e pela própria superfície terrestre. Outra parte é absorvida.

A superfície aquecida pela radiação solar emite energia novamente, mas agora predominantemente na região do infravermelho térmico. Essa diferença entre a radiação recebida e a radiação emitida é fundamental para compreender o clima.

A emissão térmica pode ser descrita, em primeira aproximação, pela lei de Stefan-Boltzmann:

\( P = \sigma A T^{4} \)

onde \(P\) é a potência radiada, \(A\) é a área emissora, \(T\) é a temperatura absoluta em kelvin e \(\sigma\) é a constante de Stefan-Boltzmann:

\( \sigma = 5{,}670\,374\,419 \times 10^{-8}\, \mathrm{W\,m^{-2}\,K^{-4}} \)

Isso significa que a temperatura da superfície determina fortemente a quantidade de energia que pode ser emitida por radiação. Entretanto, a Terra não é um corpo negro perfeito e sua atmosfera possui uma estrutura espectral complexa.

A radiação solar e a radiação terrestre

O Sol possui uma temperatura efetiva de aproximadamente 5.800 K. Sua emissão máxima ocorre em comprimentos de onda muito menores do que aqueles associados à emissão térmica de uma superfície terrestre próxima de 288 K.

A posição aproximada do máximo de emissão pode ser estimada pela lei de Wien:

\( \lambda_{\max} T = b \)

onde \(b\) é a constante de deslocamento de Wien. Para o Sol, o máximo ocorre na região do visível; para a Terra, a emissão térmica ocorre principalmente no infravermelho.

Essa diferença espectral é crucial. A atmosfera é relativamente transparente para uma parcela importante da radiação solar incidente, mas determinados gases atmosféricos absorvem fortemente em bandas específicas da radiação infravermelha emitida pela superfície e pela própria atmosfera.

Por que o CO₂ absorve infravermelho?

A resposta está na Mecânica Quântica. Moléculas não podem vibrar de qualquer maneira: seus modos de rotação e vibração são quantizados. Quando a frequência da radiação eletromagnética corresponde a uma transição permitida entre estados moleculares, a molécula pode absorver energia.

Uma molécula de CO₂ possui modos vibracionais associados ao movimento dos átomos de oxigênio e carbono. Alguns desses modos interagem fortemente com a radiação infravermelha. Depois da absorção, a energia pode ser redistribuída por colisões moleculares e posteriormente emitida novamente na forma de radiação infravermelha.

É importante destacar que uma molécula de CO₂ não funciona como uma pequena "armadilha" que captura um fóton para sempre. O efeito climático resulta da enorme quantidade de interações radiativas e colisões que ocorrem continuamente em uma atmosfera contendo aproximadamente \(10^{44}\) moléculas.

O efeito estufa não viola a conservação de energia

Uma confusão frequente afirma que o efeito estufa criaria energia. Isso está errado. O efeito estufa não produz energia. Ele modifica o caminho pelo qual a energia térmica atravessa o sistema Terra-atmosfera.

Em equilíbrio radiativo, a energia média recebida do Sol deve ser compensada pela energia média perdida para o espaço. De forma extremamente simplificada:

\( P_{\mathrm{entrada}} = P_{\mathrm{saída}} \)

Se a composição atmosférica aumentar a absorção da radiação infravermelha, a emissão efetiva para o espaço passa a ocorrer, em média, a partir de altitudes maiores e mais frias. Como uma região mais fria emite menos radiação térmica, o sistema inicialmente perde menos energia para o espaço.

O planeta então se encontra temporariamente em desequilíbrio energético. A temperatura do sistema aumenta até que a emissão térmica para o espaço volte a crescer o suficiente para restabelecer o equilíbrio energético.

Forçamento radiativo

Na ciência do clima utiliza-se o conceito de forçamento radiativo para quantificar alterações no balanço energético causadas por diferentes agentes. Sua unidade é o watt por metro quadrado (\(\mathrm{W\,m^{-2}}\)).

De maneira simplificada:

\( \Delta F = \Delta F_{\mathrm{entrada}} - \Delta F_{\mathrm{saída}} \)

Um forçamento positivo tende a aquecer o sistema, enquanto um forçamento negativo tende a produzir resfriamento. O conceito moderno de effective radiative forcing (ERF) é mais sofisticado e inclui determinados ajustes rápidos da atmosfera antes da resposta completa da temperatura da superfície (IPCC, 2021).

Para uma duplicação da concentração de CO₂ em relação à referência pré-industrial, o IPCC estima um forçamento radiativo efetivo de aproximadamente \(3{,}93 \pm 0{,}47\,\mathrm{W\,m^{-2}}\). O valor exato depende da definição do forçamento e dos ajustes atmosféricos considerados (IPCC, 2021).

O equilíbrio energético da Terra

A Terra recebe energia principalmente do Sol. Como o planeta é aproximadamente esférico, a área interceptadora da radiação solar é \(\pi R^{2}\), enquanto a área total da superfície é \(4\pi R^{2}\). Por isso, a irradiância solar média sobre toda a superfície pode ser aproximada por:

\( \frac{S}{4} \)

onde \(S\) representa a irradiância solar média na distância orbital da Terra.

Se \(A\) representar o albedo planetário, a potência solar absorvida por unidade de área pode ser aproximada por:

\( F_{\mathrm{abs}} = \frac{S}{4}(1-A) \)

Para um planeta sem atmosfera e tratado como corpo negro, o equilíbrio radiativo simplificado seria:

\( \frac{S}{4}(1-A) = \sigma T_{e}^{4} \)

onde \(T_{e}\) é a temperatura efetiva de emissão para o espaço.

Esse modelo simples é extremamente útil porque mostra um ponto fundamental: a temperatura necessária para equilibrar a energia recebida depende das propriedades radiativas do planeta.

A temperatura média da superfície terrestre, entretanto, não pode ser obtida apenas por essa equação porque a atmosfera participa ativamente do transporte radiativo e convectivo de energia.

Por que apenas uma pequena quantidade de CO₂ é suficiente para produzir um efeito importante?

O argumento de que o CO₂ representa apenas uma pequena fração da atmosfera não elimina seu efeito radiativo. Muitas propriedades físicas importantes dependem da interação específica entre matéria e radiação, e não simplesmente da abundância absoluta de uma substância.

O ozônio, por exemplo, existe em concentração muito pequena na atmosfera e, ainda assim, desempenha papel fundamental na absorção de radiação ultravioleta. O mesmo princípio geral se aplica aos gases de efeito estufa: suas propriedades espectroscópicas determinam sua importância radiativa.

Além disso, a absorção atmosférica ocorre em bandas espectrais específicas. O aumento da concentração de um gás altera a profundidade óptica dessas bandas.

Em uma descrição simplificada, a intensidade de uma radiação atravessando um meio absorvente pode ser expressa pela lei de Beer-Lambert:

\( I = I_{0}e^{-\tau} \)

onde \(I_{0}\) é a intensidade inicial, \(I\) é a intensidade transmitida e \(\tau\) é a profundidade óptica.

Para um meio homogêneo e simplificado:

\( \tau = \kappa \rho L \)

em que \(\kappa\) representa uma medida da capacidade de absorção, \(\rho\) a densidade e \(L\) o caminho óptico.

A atmosfera real é muito mais complexa, pois pressão, temperatura, concentração, distribuição vertical e alargamento espectral das linhas influenciam a absorção. Ainda assim, essas equações fornecem uma excelente primeira aproximação da Física envolvida.

O papel da água no efeito estufa

O vapor d'água é o gás de efeito estufa mais abundante e exerce enorme influência sobre o clima. Entretanto, existe uma diferença fundamental entre vapor d'água e CO₂ no sistema climático.

O vapor d'água atua principalmente como um feedback. Sua concentração atmosférica depende fortemente da temperatura porque a capacidade do ar de conter vapor aumenta quando a temperatura aumenta.

O CO₂, por outro lado, possui uma permanência atmosférica efetiva suficientemente longa para atuar como um agente de alteração do balanço radiativo. Quando a temperatura aumenta em resposta a um forçamento, a atmosfera tende a conter mais vapor d'água, que por sua vez reforça o aquecimento.

Portanto, dizer que "a água causa o efeito estufa" não contradiz a importância do CO₂. Os dois fatos pertencem a partes diferentes do sistema de feedbacks climáticos.

O albedo e o gelo

Outro importante mecanismo climático envolve o albedo, definido como a fração da radiação incidente que é refletida.

Superfícies claras, como neve e gelo, apresentam albedo elevado. Oceanos e florestas, em geral, absorvem uma fração maior da radiação incidente.

Quando o aquecimento reduz a extensão de superfícies altamente refletoras, uma parcela maior da radiação solar pode ser absorvida. Isso pode produzir um feedback positivo:

\( \text{aquecimento} \rightarrow \text{redução do gelo} \rightarrow \text{menor albedo} \rightarrow \text{maior absorção solar} \rightarrow \text{mais aquecimento} \)

Esse mecanismo não cria energia adicional; ele altera a quantidade de energia solar absorvida pelo sistema.

Os oceanos: o grande reservatório de energia

A maior parte do excesso de energia acumulado pelo sistema climático é absorvida pelos oceanos. Isso ocorre porque a água possui elevada capacidade térmica e porque a circulação oceânica transporta energia para grandes profundidades.

A quantidade de energia necessária para aquecer uma massa de água pode ser estimada por:

\( Q = mc\Delta T \)

onde \(m\) é a massa de água, \(c\) seu calor específico e \(\Delta T\) a variação de temperatura.

Isso ajuda a compreender por que o oceano responde mais lentamente às alterações climáticas do que a atmosfera. Uma quantidade gigantesca de água pode absorver energia durante décadas ou séculos, produzindo uma grande inércia térmica no sistema climático.

O aquecimento oceânico é, portanto, uma das evidências físicas mais importantes de que o planeta está acumulando energia. A avaliação do IPCC utiliza o conteúdo de calor oceânico como uma das principais métricas do estado energético do sistema climático (IPCC, 2021).

O que as observações mostram?

A evidência das mudanças climáticas não está restrita aos registros de temperatura próximos à superfície. Diferentes sistemas de observação apresentam alterações coerentes entre si.

• Aumento da temperatura média global.
• Aumento do conteúdo de calor dos oceanos.
• Redução da massa de gelo em geleiras e mantos de gelo.
• Redução da extensão de gelo marinho em várias regiões.
• Elevação do nível médio do mar.
• Alterações na distribuição de neve e gelo.
• Aumento da concentração atmosférica de CO₂.
• Alterações observadas na química dos oceanos.
• Mudanças em diversos padrões atmosféricos e ecológicos.

A NASA destaca que registros instrumentais, testemunhos de gelo, sedimentos, anéis de árvores, corais, observações oceânicas e dados de satélites fornecem linhas independentes de evidência sobre a mudança do clima (NASA, 2024).

Como sabemos que o CO₂ adicional é de origem humana?

Não basta observar que a concentração de CO₂ aumentou. A ciência também investiga a origem desse carbono.

Uma das evidências importantes vem da composição isotópica do carbono. O carbono possui diferentes isótopos naturais, principalmente \( {}^{12}\mathrm{C} \) e \( {}^{13}\mathrm{C} \), além de pequenas quantidades de \( {}^{14}\mathrm{C} \).

O carbono proveniente de combustíveis fósseis possui uma assinatura isotópica característica porque foi originalmente incorporado à matéria orgânica por processos biológicos. A combinação de medições isotópicas, balanços de massa e registros de emissões permite identificar a contribuição humana para o aumento atmosférico.

Além disso, a diminuição da concentração relativa de \( {}^{13}\mathrm{C} \) e a redução de \( {}^{14}\mathrm{C} \) associadas à adição de carbono antigo são consistentes com a introdução de carbono de origem fóssil na atmosfera.

O que os testemunhos de gelo revelam?

Regiões polares acumulam neve ao longo de milhares de anos. À medida que novas camadas se acumulam, as camadas inferiores são comprimidas e transformadas em gelo.

Pequenas bolhas de ar ficam aprisionadas dentro do gelo. Essas bolhas constituem amostras da atmosfera antiga e permitem medir concentrações passadas de gases como CO₂ e CH₄.

Os testemunhos de gelo também permitem reconstruir informações sobre temperatura, poeira atmosférica, atividade vulcânica e outras características ambientais.

Dessa forma, os cientistas conseguem comparar a atmosfera contemporânea com períodos anteriores à industrialização. Essas reconstruções constituem uma das mais importantes conexões entre climatologia moderna e paleoclimatologia.

O argumento do Sol: o aquecimento é causado pela atividade solar?

O Sol naturalmente influencia o clima terrestre. A irradiância solar varia e grandes eventos vulcânicos também podem modificar temporariamente o balanço energético do planeta. Portanto, uma análise científica precisa considerar essas fontes naturais.

Entretanto, as variações observadas na atividade solar nas últimas décadas não explicam o padrão do aquecimento observado. O aumento das concentrações de gases de efeito estufa produz uma assinatura física diferente da esperada para um aumento da atividade solar.

O IPCC conclui que as mudanças nos fatores naturais desde 1750 são pequenas quando comparadas às alterações provocadas por fatores antropogênicos e atribui ao aumento dos gases de efeito estufa o papel dominante no forçamento radiativo positivo observado (IPCC, 2021).

O papel dos modelos climáticos

Modelos climáticos não são "adivinhações feitas por computadores". Eles são representações matemáticas do sistema físico que utilizam equações fundamentais da Física e da Química.

Entre os processos representados estão:

• Conservação de energia.
• Conservação de massa.
• Conservação do momento.
• Transferência radiativa.
• Termodinâmica atmosférica.
• Formação e condensação de nuvens.
• Circulação atmosférica.
• Circulação oceânica.
• Ciclo do carbono.
• Interações entre gelo, oceanos e atmosfera.

As equações são resolvidas numericamente porque não existe uma solução analítica simples para um sistema tão complexo.

Uma característica importante da ciência climática é que os modelos podem ser comparados com observações. Modelos também são testados contra períodos climáticos passados e contra alterações já observadas.

Portanto, mesmo que um modelo específico possua limitações, isso não invalida a Física fundamental do efeito estufa. Modelos são ferramentas para quantificar a resposta do sistema; não são a origem da teoria física.

Retroalimentações climáticas

O clima não responde linearmente a um único fator. Quando a temperatura muda, outros processos são acionados. Alguns amplificam a mudança e outros a reduzem.

Retroalimentações positivas

• Vapor d'água: o ar mais quente pode conter mais vapor, reforçando o efeito estufa.
• Albedo: a redução de gelo e neve pode aumentar a absorção solar.
• Carbono: alterações em oceanos e ecossistemas podem modificar a quantidade de carbono armazenada fora da atmosfera.

Retroalimentações negativas

O principal mecanismo estabilizador é a própria emissão térmica. Quando a temperatura aumenta, a emissão de radiação infravermelha também aumenta aproximadamente segundo a dependência \(T^{4}\) da lei de Stefan-Boltzmann.

Esse mecanismo constitui uma importante resposta negativa: um planeta mais quente tende a emitir mais energia para o espaço.

O clima observado resulta da combinação de todos esses mecanismos, e não de um único efeito isolado.

Por que o aquecimento não é uniforme?

A temperatura média global é uma grandeza estatística. Ela não significa que todos os pontos do planeta estejam aquecendo exatamente na mesma intensidade.

Oceanos e continentes respondem de maneira diferente. O Hemisfério Norte possui grande quantidade de terras emersas, enquanto o Hemisfério Sul é dominado pelos oceanos. Correntes marítimas transportam energia entre regiões, e a circulação atmosférica redistribui calor e umidade.

Além disso, fenômenos naturais como El Niño e La Niña podem produzir variações importantes de curto prazo na temperatura média global sem alterar a tendência energética de longo prazo causada pelo forçamento antropogênico.

Clima e tempo meteorológico são coisas diferentes

Tempo meteorológico descreve o estado da atmosfera em determinado local e intervalo de tempo: temperatura, pressão, vento, umidade, chuva e outros parâmetros.

Clima descreve estatisticamente o comportamento dessas variáveis durante períodos suficientemente longos.

Assim, um inverno particularmente frio em uma determinada cidade não contradiz necessariamente uma tendência de aquecimento global. O clima é avaliado utilizando estatísticas de longo prazo, e não um evento meteorológico isolado.

O que significa "aquecimento global"?

O termo aquecimento global refere-se especificamente ao aumento de longo prazo da temperatura média do sistema climático terrestre.

Já mudanças climáticas é um conceito mais amplo. Inclui alterações de temperatura, precipitação, circulação atmosférica, gelo, nível do mar, oceanos e outros componentes do sistema climático.

Portanto, aquecimento global e mudanças climáticas não são exatamente sinônimos, embora o aquecimento global provocado pelo aumento dos gases de efeito estufa seja um dos principais componentes das mudanças climáticas atuais.

O efeito estufa natural é necessário para a vida

O efeito estufa não é um fenômeno artificial nem essencialmente negativo. Ele ocorre naturalmente e é indispensável para o clima terrestre atual.

Sem a atmosfera e seus gases radiativamente ativos, a temperatura de equilíbrio radiativo da Terra seria significativamente menor. A presença de gases de efeito estufa permite que a superfície terrestre mantenha temperaturas compatíveis com a existência de água líquida em grande escala.

O problema contemporâneo não é a existência do efeito estufa, mas a alteração de sua intensidade em consequência do aumento das concentrações atmosféricas de gases de efeito estufa.

O que a Física permite afirmar com segurança?

A Física permite estabelecer algumas conclusões particularmente robustas:

1. Moléculas como CO₂, CH₄ e H₂O absorvem e emitem radiação infravermelha.
2. O aumento da concentração desses gases altera a transferência radiativa da atmosfera.
3. A alteração do balanço radiativo produz um forçamento energético mensurável.
4. O sistema climático responde ao desequilíbrio energético acumulando ou perdendo energia.
5. Oceanos, atmosfera, gelo e biosfera respondem de maneira acoplada.
6. As concentrações atmosféricas de gases de efeito estufa aumentaram significativamente desde a industrialização.
7. As observações mostram aquecimento global e alterações coerentes em vários componentes do sistema climático.
8. A combinação das evidências físicas, químicas, isotópicas, geológicas e observacionais aponta para a atividade humana como a principal causa do aquecimento observado nas últimas décadas.

Contexto histórico

A compreensão científica do efeito estufa não surgiu recentemente.

Em 1824, Joseph Fourier argumentou que a atmosfera deveria exercer um efeito semelhante ao de um isolante térmico, ajudando a explicar por que a Terra apresentava uma temperatura compatível com a água líquida.

Em 1859, John Tyndall realizou experimentos demonstrando que diferentes gases atmosféricos absorviam radiação térmica de maneira distinta. Seus trabalhos ajudaram a estabelecer experimentalmente a importância das propriedades radiativas dos gases.

Em 1896, Svante Arrhenius publicou um estudo quantitativo relacionando alterações na concentração atmosférica de CO₂ com mudanças na temperatura da superfície terrestre.

Posteriormente, Guy Stewart Callendar relacionou o aumento observado do CO₂ atmosférico à tendência de aquecimento, enquanto estudos posteriores incorporaram espectroscopia molecular, observações atmosféricas, paleoclimatologia e modelagem numérica.

A história da ciência climática é, portanto, uma sequência de aperfeiçoamentos experimentais e teóricos. A compreensão atual não depende do trabalho de um único pesquisador.

Da Física do século XIX à ciência climática moderna

A trajetória histórica é particularmente interessante porque demonstra como uma hipótese física pode ser transformada em uma teoria quantitativa por sucessivas gerações de cientistas.

Fourier estabeleceu uma questão energética. Tyndall investigou experimentalmente a interação entre gases e radiação térmica. Arrhenius desenvolveu uma estimativa quantitativa do efeito do CO₂. Posteriormente, a espectroscopia de alta resolução permitiu determinar as propriedades radiativas das moléculas com enorme precisão.

Atualmente, instrumentos terrestres, aeronaves, balões, satélites, boias oceânicas, testemunhos de gelo e redes de estações meteorológicas fornecem um sistema de observação muito mais sofisticado do que aquele disponível aos pioneiros da climatologia.

Aplicações

• Elaboração de políticas públicas baseadas em evidências científicas.
• Planejamento energético e avaliação de diferentes fontes de energia.
• Desenvolvimento de tecnologias de baixa emissão de carbono.
• Planejamento de infraestrutura diante de alterações climáticas.
• Monitoramento de oceanos, geleiras e ecossistemas.
• Desenvolvimento e aperfeiçoamento de modelos climáticos.
• Educação científica e alfabetização climática.
• Avaliação de riscos para agricultura e recursos hídricos.
• Desenvolvimento de sistemas de observação por satélite.
• Investigação das interações entre atmosfera, oceanos, biosfera e criosfera.

Uma visão integrada do sistema climático

A Terra deve ser entendida como um sistema físico acoplado. Atmosfera, oceanos, gelo, continentes e biosfera trocam continuamente energia, massa e momento.

Uma alteração na composição atmosférica pode modificar a radiação. A radiação altera temperaturas. A temperatura altera a evaporação. A evaporação modifica a umidade. A umidade interfere nas nuvens. As nuvens modificam tanto a reflexão da luz solar quanto a emissão infravermelha. O aquecimento também altera oceanos, gelo e ecossistemas.

É justamente essa cadeia de interações que torna o clima complexo. Mas complexidade não significa ausência de leis físicas. Pelo contrário: os processos individuais obedecem às leis da Física, enquanto a dificuldade está em resolver simultaneamente todas essas equações em um sistema planetário.

O que ainda não sabemos?

A existência do aquecimento global antropogênico é uma questão diferente da determinação precisa de todas as consequências futuras. Existem incertezas científicas importantes, principalmente relacionadas à resposta regional do clima, nuvens, aerossóis, circulação oceânica, comportamento de ecossistemas e determinados pontos de inflexão.

Essas incertezas são estudadas quantitativamente. A ciência não precisa eliminar toda incerteza para estabelecer uma conclusão. Em muitas áreas da Física, resultados são apresentados acompanhados de intervalos de confiança, erros experimentais e distribuições de probabilidade.

A existência de incerteza em uma variável não significa que todas as hipóteses possuam a mesma probabilidade ou sustentação experimental. O método científico justamente permite quantificar o que sabemos, o que sabemos com menor precisão e aquilo que ainda precisa ser investigado.

Conclusão

As mudanças climáticas contemporâneas podem ser compreendidas a partir de uma cadeia física coerente que começa na interação entre radiação e matéria.

O Sol fornece energia ao sistema terrestre. A superfície absorve parte dessa energia e emite radiação térmica no infravermelho. Gases atmosféricos como CO₂, H₂O, CH₄ e N₂O absorvem e emitem radiação em determinadas frequências. Alterações nas concentrações desses gases modificam o balanço radiativo. O sistema climático responde redistribuindo e acumulando energia por meio da atmosfera, dos oceanos, da criosfera e da biosfera.

Portanto, o aquecimento global não é uma hipótese baseada exclusivamente em simulações computacionais. Os modelos são apenas uma das ferramentas utilizadas. A evidência inclui espectroscopia molecular, medições atmosféricas, registros de temperatura, conteúdo de calor dos oceanos, testemunhos de gelo, observações de satélites, estudos isotópicos, paleoclimatologia e princípios fundamentais de conservação de energia e transferência radiativa.

A principal conclusão científica é, portanto, robusta: o aumento antropogênico dos gases de efeito estufa alterou o balanço energético da Terra e é a principal causa do aquecimento global observado desde meados do século XX.