Η ατμόσφαιρα θερμαίνεται από πολλές πολύπλοκες διαδικασίες, αλλά η πηγή σχεδόν όλων των ατμοσφαιρικών θερμάνσεων είναι ο ήλιος. Τοπικά, ο αέρας μπορεί να θερμαίνεται με διαδικασίες που δεν βασίζονται άμεσα στον ήλιο, όπως ηφαιστειακές εκρήξεις, κεραυνούς, δάσος πυρκαγιές ή ανθρώπινη δραστηριότητα, όπως παραγωγή ηλεκτρικής ενέργειας και βαριά βιομηχανία, αλλά αυτές οι πηγές θερμότητας είναι ασήμαντες σε σύγκριση με την ηλιακή ακτινοβολία.
Ο ήλιος
Ο ήλιος εκπέμπει ενέργεια προς όλες τις κατευθύνσεις με τη μορφή θερμότητας, φωτός και ακτινοβολίας. Αυτή η ενέργεια είναι ικανή να θερμαίνει αντικείμενα σε απίστευτες αποστάσεις. Η ηλιακή θέρμανση συμβαίνει όταν η ηλιακή ακτινοβολία χτυπά ένα μόριο κάποιου υλικού και απορροφάται. Η ηλιακή ακτινοβολία χτυπά ανακλαστικά υλικά και την αντανακλά μακριά χωρίς να απορροφά πολύ θερμότητα. Τα διαφανή υλικά επιτρέπουν τη διέλευση της ηλιακής ακτινοβολίας χωρίς ανταλλαγή θερμότητας.
Η ατμόσφαιρα
Η ατμόσφαιρα της γης είναι είτε ανακλαστική είτε διαφανής, ανάλογα με το μήκος κύματος της ακτινοβολίας που συναντά. Ως αποτέλεσμα, η ατμόσφαιρα δέχεται λίγη άμεση θερμότητα από την ηλιακή ακτινοβολία. Η ηλιακή ενέργεια είτε αντανακλάται πίσω στο διάστημα είτε αφήνεται να περάσει χωρίς να απορροφηθεί η ενέργειά της. Περισσότερη ενέργεια αντανακλάται από σύννεφα και χημικές ενώσεις, όπως το όζον. Μόνο περίπου το 54% της ενέργειας του ήλιου περνά από την ατμόσφαιρα για να φτάσει στην επιφάνεια.
Η γη
Μόλις η ηλιακή ακτινοβολία φτάσει στην επιφάνεια της γης, το έδαφος και τα σώματα του νερού απορροφούν σχεδόν όλο αυτό. Μόνο περίπου το 4 τοις εκατό αντανακλάται πίσω στο διάστημα. Με την απορρόφηση της ηλιακής ενέργειας, αυτές οι επιφάνειες θερμαίνονται. Ζεστά αντικείμενα αρχίζουν να εκπέμπουν υπέρυθρη ακτινοβολία μεγάλου κύματος. Χωρίς την ατμόσφαιρα, αυτή η ενέργεια θα εκπέμπεται στο διάστημα.
Το φαινόμενο του θερμοκηπίου
Λόγω της χημικής σύνθεσης της ατμόσφαιρας της γης, το μεγαλύτερο μέρος της υπέρυθρης ακτινοβολίας που εκπέμπεται από τη θερμή επιφάνεια δεν φτάνει ποτέ στο διάστημα. Αντίθετα, η ακτινοβολία αντανακλάται ή απορροφάται από ενώσεις γνωστές ως αέρια θερμοκηπίου. Όταν αυτές οι ενώσεις απορροφούν την υπέρυθρη ακτινοβολία από την επιφάνεια, η ατμόσφαιρα θερμαίνεται. Η ενέργεια που ανακλάται πίσω προς τη γη θερμαίνει την επιφάνεια περαιτέρω, προκαλώντας τη γη να εκπέμπει περισσότερη υπέρυθρη ακτινοβολία. Αυτό δημιουργεί έναν κύκλο που διατηρεί την ατμόσφαιρα και την επιφάνεια ζεστή.
