Globalno zatopljenje je naziv za povećanje prosječne temperature zemljine atmosfere i oceana zabilježeno u 20. stoljeću.

O uzrocima i krajnjim posljedicama globalnog zatopljenja ne postoji znanstveni konsenzus.

Najpopularnija je teorija prema kojoj je globalno zatopljenje posljedica emisije ugljikovog dioksida i metana od strane industrijskih postrojenja u razvijenim zemljama. Prema toj teoriji povećana koncentracija tih plinova dovodi do tzv. efekta staklenika u atmosferi. Pod pritiskom pokreta za zaštitu okoline mnoge su vlade prihvatile tu teoriju i potpisale Protokol iz Kyota čiji je cilj smanjivanje emisije tih plinova.

S druge strane, u posljednje vrijeme javio se određen broj znanstvenika koji osporavaju tu teoriju i nude alternativna objašnjenja, bilo u obliku promjena Sunčeve aktivnosti- zašto se kao dokaz koriste nedavno otkrivene klimatske promjene na Marsu - bilo u obliku ciklične izmjene hladnih i toplih perioda u Zemljinoj povijesti, za što postoji bezbroj geoloških, paleontoloških i povijesnih dokaza.

Od ukupne količine sunčeve svjetlosti, koja dospije do Zemlje, 30% se reflektira natrag u svemir. Ostalih 70% apsorbiraju tlo, zrak i oceani, te tako dolazi do zagrijavanja zemljine površine i atmosfere. Ovo zagrijavanje omogućava povoljne uvjete za održavanje života na našoj planeti. Kako se zemaljska površina i zrak zagrijavaju, tako emitiraju infracrveno toplinsko zračenje, koje najvećim dijelom završava u svemiru, što omogućava hlađenje Zemlje. Nešto od ovog infracrvenog zračenja ponovno apsorbiraju vodena para, ugljični dioksid i drugi plinovi u atmosferi. Kao što staklo u staklenicima dopušta ulazak sunčeve svjetlosti, ali sprječava gubitak infracrvenog toplinskog zračenja iz staklenika, tako i ovi plinovi, nazvani "staklenički plinovi", imaju sposobnost zarobljavanja topline u zemljinoj atmosferi. Ovaj proces također omogućava povoljne životne uvjete, jer bi bez njega prosječna temperatura na površini zemlje bila znatno niža (oko -18°C), nego što jest (+15°C).

Sadašnji problem globalnog zatopljenja nastao je, kako velika većina znanstvenika vjeruje, zbog značajnog povećanja stakleničkih plinova u atmosferi, prvenstveno ugljikovog dioksida (CO2), zbog sve većeg izgaranja fosilnih goriva (ugljena, nafte i prirodnog plina) u posljednjih 250 godina, tj. od početka industrijske revolucije. Zadnjih godina čovječansto ispušta u atmosferu preko 8 milijardi tona CO2 godišnje. Jedan dio CO2 apsorbiraju šume i oceani (koji tako postaju kiseliji), a ostatak se gomila u atmosferi, pojačavajući tako efekt staklenika. Ostali značajni staklenički plinovi su metan i dušik-oksid. Velike količine metana stvaraju velika krda stoke svojim procesom probave, a dušik-oksid nastaje iz umjetnih gnojiva.

Staklenički plinovi ostaju u atmosferi dugo – vjerojatno desetljećima. Od početka industrijske revolucije, prije 250 godina, količina CO2 u atmosferi povećala se 35%, a metana 148%. Kako je sastav zemljine atmosfere iz davne prošlosti prilično dobro poznat iz fosilnih uzoraka i iz uzoraka zraka iz mjehurića zarobljenih u ledu na polovima, pokazalo se da su CO2 i metan u današnjoj atmosferi, na najvišoj razini, barem u posljednih 650.000 godina.

U zadnjih stotinu godina došlo je do najvećeg zagrijavanja zemljine površine u posljednjih 1300 godina. Tako je između 1906. i 2006. godine, prosječna temperatura porasla za 0,6-0,9°C, a brzina porasta temperature se gotovo udvostručila u posljednjih 50 godina.

Zbog otapanja leda, razina mora polako raste. U 20. stoljeću razina mora povisila se za 17 centimetara. Površina ledenjaka (glečera) diljem svijeta smanjuje se, baš kao i površina arktičkog ledenog pokrova (za 2,7% godišnje, od 1978. godine).

Kako je u tom istom razdoblju, zbog pojačanog izgaranja fosilnih goriva, došlo do značajnog porasta CO2 u atmosferi, većina znanstvenika vjeruje da se ne radi o pukoj koincidenciji, nego o uzročno-posljedičnoj vezi.

U prošlosti se klima Zemlje često mijenjala, a uzroci tih promjena nisu još posve razjašnjeni. Najpoznatiji primjer globalnih klimatskih promjena su ledena doba. Posljednje ledeno doba bilo je u razdoblju pleistocena, trajalo je tisućama godina, a završilo je prije oko 13.000 godina. Za vrijeme toga ledenog doba, oko 30% zemljine površine bilo je prekriveno ledom.

Poznata su i kraća razdoblja klimatskih promjena, koja su trajala samo nekoliko stoljeća ili kraće. Iz povijesnih zapisa, na primjer, znamo da je u antičko doba klima u Europi bila hladnija nego danas. Rimske su legije zimi prelazile zaleđenu rijeku Rajnu na svojim pohodima protiv Germana, a u suvremeno doba Rajna se ne zaleđuje. Poznato je i globalno zahlađenje koje je počelo sredinom 16. stoljeća – tzv. "Malo ledeno doba". Tako su obale Islanda, između 1650. i 1850. godine, svake godine bile nekoliko mjeseci potpuno okovane ledom, što je otežavalo ribolov tamošnjem stanovništvu.

Od kada je "Malo ledeno doba" završilo, u 18. stoljeću, temperatura na Zemlji neprestano raste, i upravo taj trend porasta temperature postao je poznat kao "globalno zatopljenje". S obzirom na promjene klime u prošlosti, neki znanstvenici smatraju da je globalno zatopljenje samo još jedan prirodni ciklus klimatskih promjena, kakvih je u prošlosti bilo mnogo, a da je utjecaj ljudskog djelovanja na tu promjenu vrlo mali ili uopće nikakav. No, iako nije sporno da je u prošlosti mnogo puta došlo do globalnih klimatskih promjena, ono što zabrinjava jest činjenica da se sadašnje globalno zatopljenje događa mnogo brže nego bilo koja poznata globalna promjena klime u bližoj ili daljoj prošlosti. Ta brza promjena je jedan od glavnih razloga što većina stručnjaka smatra da je sadašnje globalno zatopljenje posljedica ljudske aktivnosti.

Od prirodnih čimbenika, koji utječu na globalnu klimu, među najvažnijima su aktivnost oceana i oceanske struje. Oceani mogu konzervirati veliku količinu topline (ta njihova osobina je poznata kao oceanska toplinska inercija). Dva najpoznatija primjera utjecaja oceana na klimu su Golfska struja i fenomen "El Nino". Topla Golfska struja, koja teče od Meksičkog zaljeva duž istočne američke obale, pa do britanskog otočja i Skandinavije, čini klimu tih područja toplijom, nego što bi se očekivalo samo na osnovu njihovih geografskih širina.

Velike vulkanske erupcije mogu uzrokovati globalno zahlađenje, tako što materijal izbačen vulkanskom erupcijom (pepeo, vodena para, prašina i sumporni dioksid), sprječava sunčevu svjetlost da dopre do zemljine površine. Najveća poznata erupcija vulkana na Zemlji, bila je erupcija vulkana Toba, na otoku Sumatri, koja se dogodila prije 70.000 godina. Tom prilikom je u atmosferu izbačeno oko 900 kubičnih kilometara materijala, što je izazvalo značajne promjene globalne klime. Procjenjuje se da je nakon te erupcije uginulo 75% biljaka na sjevernoj zemljinoj hemisferi.

Oblaci imaju velik utjecaj na klimu, zato što reflektiraju energiju sunčeve svjetlosti natrag u svemir. Kad ne bi bilo oblaka, prosječna temperatura na zemljinoj površini bila bi viša za desetak stupnjeva Celzija.

Konačno, promjene u zemljinoj orbiti i u nagibu zemljine osovine, a možda i varijacije sunčeve aktivnosti, također mogu uzrokovati globalne klimatske promjene.

Jean-Baptiste Joseph Fourier, francuski matematičar i fizičar, shvatio je 1824. godine da temperatura zemljine površine u velikoj mjeri ovisi o plinovima u zemljinoj atmosferi, te je postavio temelje pojma, koji će mnogo kasnije dobiti ime efekt staklenika.

Već je 1872. godine bilo poznato da su vodena para i CO2 glavni staklenički plinovi, i da povećanje njihove koncentracije može uzrokovati povišenje temperature u nižim slojevima atmosfere. Švedski kemičar Svante Arrhenius, proučavao je devedesetih godina 19. stoljeća Fourierove radove i zaključio da ljudi, izgarajući ugljen, povećavaju koncentraciju CO2 u atmosferi, te da povećanje koncentracije CO2, zarobljavajući energiju sunčevog zračenja u atmosferi, može dovesti do povišenja temperature na Zemlji. Njegov rad nije imao velikog odjeka u znanstvenoj zajednici. I oni koji su ga opazili, smatrali su da oceani mogu apsorbirati povećanu količinu CO2 u atmosferi, kako god veliko ono bilo.
 

Pedesetih godina 20. stoljeća, Roger Revelle i Hans Suess objavili su rezultate svojih istraživanja, iz kojih je proizlazilo da postoji granica do koje oceani mogu resorbirati ugljik-dioksid, i da će višak CO2 u atmosferi izazvati zagrijavanje Zemlje. Revelleov suradnik i učenik u kalifornijskom Scrippsovom oceanografskom institutu u San Diegu, Charles David Keeling (1928-2005.), izumio je 1958. uređaj za mjerenje koncentracije CO2 u atmosferi, što je bio ključni događaj u povijesti globalnog zatopljenja, jer je omogućio precizno mjerenje povećanja koncentracije CO2 u atmosferi.