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Gasmoleküle mit mehr als zwei Atomen wie Kohlenstoffdioxid, Methan, Wasserdampf u. a. absorbieren infrarote Strahlung und speichern auf diese Weise Wärme in der Erdatmosphäre. Die daraus resultierende Erwärmung der Atmosphäre bezeichnet man als Treibhauseffekt und die verursachenden Spurengase als Treibhausgase.
Ohne die natürlichen Treibhausgase in der Atmosphäre würde die mittlere Oberflächentemperatur der Erde nur -18 °C statt der tatsächlichen +15 °C betragen. Dieser natürliche Treibhauseffekt wird durch menschliche Aktivitäten, insbesondere die Verbrennung fossiler Energieträger, verstärkt. Dabei entstehen riesige Mengen an Kohlenstoffdioxid, das zwar das am meisten beachtete aber keineswegs einzige Treibhausgas ist.

Luft ist ein Stoffgemisch und besteht aus verschiedenen Gasen. Sie kann auch Wasser in Form von Wasserdampf enthalten. Die Luft bildet um Erde eine Lufthülle, die Atmosphäre. In Abhängigkeit von der Zusammensetztung der Luft und ihren physikalischen Größen wie Temperatur und Druck, bilden sich verschiedene Schichten in der Atmosphäre aus. Die Zusammensetzung der Atmosphärenschichten wird durch natürliche Prozesse beeinflusst. Immer stärker wirkt sich allerdings auch die Beeinflussung durch den Menschen auf die Atmosphäre aus, so dass die empfindlichen Gleichgewichte gestört werden. Der antropogene Treibhauseffekt und die damit verbundene globale Erwärmung, sowie das Entstehen eines "Loches" in der Ozonschicht der Stratosphäre sind nur einige Beispiele für die Auswirkungen dieser Veränderungen in der Atmosphäre.