Ως φαινόμενο του θερμοκηπίου χαρακτηρίζεται το φαινόμενο θέρμανσης που παρατηρείται στα θερμοκήπια (εξ ου και η ονομασία). Κατά το φαινόμενο αυτό η γυάλινη υπερκατασκευή ή θόλος είναι διάφανη για τη φωτεινή ακτινοβολία, η οποία εισέρχεται στο στεγασμένο χώρο, απορροφάται εν μέρει, διαχέεται και επανεκπέμπεται. Η κατασκευή όμως είναι αδιαφανής για τη δευτερογενή αυτή ακτινοβολία, η οποία “παγιδεύεται” στο χώρο και τελικά μετατρέπεται σε θερμότητα (αρχή του θερμοκηπίου). Με τον τρόπο αυτό θερμαίνει το εσωτερικό του θερμοκηπίου με αποτέλεσμα να διατηρούνται οι καλλιέργειες πάντα σε κατάλληλη και σχετικά σταθερή θερμοκρασία.
Το ίδιο φαινόμενο παρατηρείται και στη Φύση κατά την οποία η ατμόσφαιρα ενός πλανήτη συμβάλλει στη θέρμανσή του. Ανακαλύφθηκε για πρώτη φορά από τον Γάλλο μαθηματικό, αστρολόγο και φυσικό Ζοζέφ Φουριέ, το 1824 το 1824, ενώ διερευνήθηκε συστηματικά από τον Σβάντε Αρρένιους το 1896. Τα τελευταία χρόνια, ο όρος συνδέεται με την παγκόσμια θέρμανση (global warming), ενώ θεωρείται πως το φαινόμενο έχει ενισχυθεί σημαντικά από ανθρωπογενείς δραστηριότητες. Παρατηρείται σε όλους τους πλανήτες. Ο πλανήτης με το πιο εντυπωσιακό φαινόμενο θερμοκηπίου είναι η Αφροδίτη, που διαθέτουν ατμόσφαιρα αλλά για λόγους απλότητας θα αναφερόμαστε αποκλειστικά στην περίπτωση της Γης, δηλαδή του πλανήτη στον οποίο κατοικούμε.Εάν το σύστημα Γη-ατμόσφαιρα απορροφούσε συνεχώς την ηλιακή ενέργεια χωρίς να συμβαίνει κάποια ροή θερμότητας πίσω προς το διάστημα, θα έπρεπε η θερμοκρασία της επιφάνειας της Γης να αυξανόταν σταθερά. Στην πραγματικότητα όμως, η μέση θερμοκρασία του αέρα στην επιφάνεια της Γης, σε ολόκληρη την υδρόγειο μεταβάλλεται ελάχιστα από χρόνο σε χρόνο. Το παγκόσμιο ισοζύγιο ακτινοβολίας ελέγχει τη θερμοκρασία της Γης, γιατί η ηλιακή θερμότητα που φθάνει στη Γη ισορροπεί με τη θερμότητα που διαφεύγει προς το διάστημα από το σύστημα Γη-ατμόσφαιρα, με τη μορφή της υπέρυθρης ακτινοβολίας. Παρά το γεγονός ότι μόνο εκείνη η πλευρά της Γης που φωτίζεται από τον ήλιο εφοδιάζεται με ηλιακή ακτινοβολία, η υπέρυθρη ακτινοβολία εκπέμπεται συνεχώς ημέρα και νύχτα ολόκληρο το σύστημα Γη-ατμόσφαιρα.
Επειδή η εισερχόμενη ηλιακή ακτινοβολία και η γήινη ηλιακή ακτινοβολία βρίσκονται σε διαφορετικές περιοχές μέσα στο ηλεκτρομαγνητικό φάσμα, έχουν διαφορετική σύσταση και αλληλεπιδρούν με την ατμόσφαιρα διαφορετικά. Όπως αναφέρθηκε πριν, η ατμόσφαιρα απορροφά περίπου το 23% της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας και απορροφά επίσης μεγάλα ποσά υπέρυθρης ακτινοβολίας από εκείνα που εκπέμπονται από την επιφάνεια της Γης. Η ατμόσφαιρα με τη σειρά της επανεκπέμπει μέρος της υπέρυθρης ακτινοβολίας προς την επιφάνεια της Γης. Με την επιστροφή προς την επιφάνεια της Γης μέρους της υπέρυθρης ακτινοβολίας, επιβραδύνεται η διαφυγή θερμότητας προς το διάστημα με αποτέλεσμα η χαμηλότερη τροπόσφαιρα να έχει υψηλότερη μέση θερμοκρασία από την ανώτερη τροπόσφαιρα. Λόγω αυτής της επανεκπομπής η μέση θερμοκρασία της επιφάνειας της Γης είναι θεωρητικά υψηλότερη από ότι θα ήταν με άλλες συνθήκες.
Ορισμένα αέρια στην ατμόσφαιρα όπως οι υδρατμοί, το διοξείδιο του άνθρακα, το όζον, το μεθάνιο και το οξείδιο του αζώτου, απορροφούν την υπέρυθρη γήινη ακτινοβολία με αποτέλεσμα να μειώνεται η διαφυγή της στο διάστημα. Το ποσοστό απορρόφησης εξαρτάται από το μήκος κύματος της υπέρυθρης ακτινοβολίας και είναι πολύ χαμηλό στην περιοχή έξαρσης του μήκους κύματος αυτής. Στις περιοχές αυτές που ονομάζονται ατμοσφαιρικά παράθυρα η απορρόφηση της ακτινοβολίας είναι από ελάχιστη μέχρι ανύπαρκτη. Αυτό σημαίνει ότι από εκεί διαφεύγουν προς το διάστημα σαν υπέρυθρη ακτινοβολία, τα μεγαλύτερα ποσά θερμότητας της επιφάνειας της Γης.
Παρομοίως με την ατμόσφαιρα της Γης, τα γυάλινα παράθυρα επιτρέπουν τη διείσδυση της ορατής ηλιακής ακτινοβολίας μέσα απ’ αυτά, αλλά επιβραδύνουν τη διείσδυση της υπέρυθρης ακτινοβολίας. Τα θερμοκήπια μέσα στα οποία αναπτύσσονται τα φυτά, σχεδιάζονται με τέτοιο τρόπο ώστε να γίνεται εκμετάλλευση της ιδιότητας της γυάλινης κατασκευής τους. Το ηλιακό φως εισέρχεται εύκολα στο θερμοκήπιο και απορροφάται μετατρεπόμενο σε θερμική ενέργεια (θερμότητα). Μέρος αυτής της θερμικής ενέργειας ακτινοβολείται σαν υπέρυθρη ακτινοβολία η οποία απορροφάται και δεν μεταδίδεται εύκολα από το γυαλί.
Λόγω παρόμοιων συνθηκών ο μηχανισμός απορρόφησης της υπέρυθρης ακτινοβολίας από τα διάφορα αέρια της ατμόσφαιρας, αναφέρεται σαν Επίδραση θερμοκηπίου (greenhouse effect) και τα αέρια αυτά είναι γνωστά σαν αέρια θερμοκηπίου (greenhouse gases). Ακόμα και τα σύννεφα που αποτελούνται από υδροσταγονίδια ή και παγοκρυστάλλους δημιουργούν επίσης την επίδραση θερμοκηπίου. Γι’ αυτό τις αίθριες νύκτες η θερμοκρασία μειώνεται περισσότερο, ενώ με νεφοσκεπή ουρανό μειώνεται λιγότερο.
Επιπτώσεις από το Φαινόμενο Του θερμοκηπίου:
1. Αύξηση της θερμοκρασίας
Αν το CO2 διπλασιαστεί τα επόμενα 100 χρόνια τα μοντέλα κλίματος δίνουν μια αύξηση της μέσης θερμοκρασίας του εδάφους μεταξύ 1,5-4,5˚C.
2. Μεταβολή της θαλάσσιας στάθμης
Αυτό τον αιώνα η στάθμη έχει ήδη αυξηθεί κατά12,5cm.Η αύξηση της θερμοκρασίας κατά 1,5-5,5˚C θα προκαλέσει 20-165cm άνοδο της στάθμης (θερμική εκτόνωση των ωκεανών). Επίσης προβλέπεται ότι η καταστροφή του δυτικού παγετώνα να πάρει 100 χρόνια μέχρι να συμβεί.
3. Επιπτώσεις στη γεωργία
Η αύξηση του CO2 έχει ως αποτέλεσμα τη μείωση της παραγωγής δημητριακών κατά 10% περίπου. Επίσης πολλές αγροτικές περιοχές θα μετατοπιστούν κατά 100 km/C προς τους πόλους και 100m/C ψηλότερα από το επίπεδο της θάλασσας.
4. Επιπτώσεις στα δάση
Ψηλότερη θερμοκρασία στα αρκτικά πλάτη μπορεί να μειώσει την έκταση των αρκτικών δασών. Επιπλέον η αύξηση στη συγκέντρωση του CO2 μπορεί να έχει σαν αποτέλεσμα την αυξημένη παραγωγή των εμπορικών δασών.
