最近几天，世界上许多地方都设定了新的历史最高温度。没有空声调的德国人每天都在高温下挣扎着生活。欧洲的铁路系统由于铁轨的热变形而不得不调整一些线路的运行，速度与英国不同，英国人甚至在铁轨上涂上白色油漆，以最大限度地反射阳光。然而，这一切都无济于事。
铁轨在高温下会膨胀、变形和扭曲
7月，《自然》发表文章称，在全球98%以上的地区，上个世纪的气候变化是过去两千年来无与伦比的，今年夏天的气温达到了本世纪的新高。世界气象组织证实，世界刚刚度过有记录以来最热的六月。自工业革命以来，科学家们一直在指责包括二氧化碳在内的温室气体向地球大气层的过度排放。
地球的能量平衡总的来说，我们的地球维持着能量的平衡，也就是说地球在任何时刻从太阳那里接收到的能量，抵消了地球向太阳发出的所有能量空。但从整个地球的历史来看，地球从太阳接收到的能量是在慢慢增加的，因为太阳比出生时更亮更热，更多的光子携带能量辐射到地球。
地球热传递示意图
学过物理的朋友应该能回忆起传热的三种方式:辐射、对流和传导。
太阳通过太阳光辐射向地球传递能量；一部分能量直接辐射到地面，另一部分用来加热地球大气层，一部分反射到空。太阳的热能会在地面传导热量，大气的导热性很差，所以大气会进行热对流，让我们感觉有风。同时，地面也向外辐射热能。一部分热能用来加热空气体促进大气对流，一部分在大气和地面之间循环。最终地面的热能被带到高空，然后辐射到太空。
在大气层顶部，太阳的入射能量与地球的输出能量相平衡
从上面的能量转移定量图可以看出，在大气层顶部，从太阳到地球的入射能量和从地球的向太空输出的能量处于总体平衡，两者都是100。但在大气层以下，能量交换的总值高于太阳的输入值，其平衡点为145，意味着地面的能量高于大气层以上。为什么会这样？
这是因为地球大气层受热，热的空气体保留了一部分能量，就像温室一样在大气中循环。这些受热的空气体称为温室气体。
温室气体
温室气体地球上的温室气体主要是指二氧化碳、水蒸气和云、甲烷、一氧化二氮、臭氧、含氯氟烃和极少量的氢氟烃等。
温室气体如何影响地球温度？你能想象一个没有温室气体的世界会是什么样子吗？
如果没有温室气体，我们星球的平均温度将是零下18℃，而不是今天的平均温度15℃。这意味着整个地球被冰雪覆盖，变成了一个没有生命的雪球。
冰雪地球
温室气体就像一床厚厚的看不见的被子，把地球保持在一个合适的温度。万物生长都得益于温室气体的保温。无论是太阳辐射到地球的射线，还是地球辐射的红外线，都会照射到这些气体分子，使其振动升温，将大部分热能辐射回地面。
二氧化碳造成的温室效应
你可能会问，绝大多数干空气体是氮气和氧气，其中氮气占78.084%，氧气占20.947%，甚至稀有气体氩气占0.934%。为什么它们不是温室气体，而大气中只有0.035%的二氧化碳可以被加热，成为主要的温室气体？
这是个好问题。让我们关注一下为什么温室气体可以被加热。
温室气体为什么被加热它在离地面85公里到600公里的高空大气顶部附近达到2000°C的高温，称为“热层”。这是因为波长小于0.175μm的太阳紫外辐射和X射线辐射被这层大气物质吸收。因为这层空气体很薄，空气体的密度只有地面密度的一千亿甚至一千亿。即使气体粒子的温度很高，我们也不会感觉到这个区域有多热。
大气分层和温度变化
热层的温度很高，但与温室气体关系不大，温室气体是由太阳辐射能量使大气粒子电离而产生的。大气层的中间层很冷。虽然这里空气体的密度比热层高很多，但是缺少温室气体。
平流层上方有丰富的臭氧，它吸收太阳的高能辐射并将其转化为振动能，将高能紫外辐射和X射线辐射能转化为热能，从而保护地面生命。
你可能注意到了，所谓的温室气体分子大多是由三个或三个以上的原子组成，单原子和双原子都不是温室气体。这是因为由三个原子组成的气体分子在光的照射下振动模式更加复杂，因此可以产生更多的热量。
分子振动空气体中的单原子气体很少，比如惰性稀有气体氩、氖等。在高层大气中，有离子化的氧和氢等。这些气体在极高能量的X射线和极紫外线的照射下，由于原子振动的加剧，会辐射出能量。但是这些气体太稀薄了，不能称为温室气体。
氮气占大气的78.084%，氧气占20.947%，是双原子气体分子，由两个原子通过共价键组成。其中，氮分子是由两个通过强三键连接的氮原子紧密组成的:
氮分子的三键连接
氧分子由两个氧原子通过强双键连接而成:
氧分子的双键连接
