Las propiedades de efecto invernadero del CO2 se conocen desde hace más de un siglo. En 1861, John Tyndal publicó resultados experimentales en los que identificaba el dióxido de carbono como un gas que absorbía radiación térmica (radiación de onda larga). Desde entonces, las propiedades absorventes del dióxido de carbono han sido determinadas de forma mucho más precisa a lo largo de décadas de medidas en laboratorios (Herzberg 1953, Burch 1962, Burch 1970, etc).

El efecto invernadero ocurre porque los gases de efecto invernadero permiten que la luz del sol (radiación de onda corta) atraviese la atmósfera. La tierra absorbe la luz solar, se calienta, y después re-emite energía (radiación infrarroja o de onda larga). La radiación de onda larga saliente es absorbida por los gases de efecto invernadero en la atmósfera. Por tanto, ésta se calienta, re-emitiendo radiación de onda larga en todas direcciones. Parte de ella retorna a la superficie de la Tierra. Por tanto, con más dióxido de carbono en la atmósfera, se puede esperar que haya menos energía de onda larga saliendo al espacio en las longitudes de onda en las que absorbe el dióxido de carbono. También se espera que aumente la cantidad de radiación infrarroja que vuelve a la superficie en estas mismas longitudes de onda.

Medidas mediante satélite de radiación de onda larga saliente

En 1970, la NASA envió al espacio el satélite IRIS, que medía el espectro infrarrojo entre  400 cm^-1 y 1600 cm^-1. En 1996, la Agencia Espacial Japonesa lanzó el satélite IMG, que registró observaciones similares. Ambos conjuntos de datos fueron comparados para identificar los cambios en la radiación saliente durante el periodo de 26 años  (Harries 2001). El cambio resultante en la radiación saliente se muestra a continuación:

Figura 1: Cambio en el espectro de 1970 a 1996 debido a los gases traza. La temperatura de brillo representa la temperatura equivalente de un cuerpo negro (Harries 2001).

Lo que encontraron fue un descenso en la radiación saliente en las longitudes de onda en las que los gases de efecto invernadero como dióxido de carbono (CO2) y metano (CH4) absorben energía. El cambio en radiación saliente es consistente con las predicciones teóricas. Por tanto, el artículo identificó  "evidencia experimental directa de un aumento significativo en el efecto invernadero terrestre".

Este resultado ha sido confirmado por artículos posteriores utilizando datos de satélite más recientes. Los espectros de 1970 y 1997 fueron comparados con datos adicionales del satélite NASA AIRS lanzado en 2003 (Griggs 2004). Este análisis fue extendido hasta 2006 utilizando datos del satélite AURA lanzado en 2004 (Chen 2007). Ambos artículos encontraron las diferencias observadas en bandas de CO2 que corresponden a lo esperado debido al aumento de la concentración de dióxido de carbono. Por tanto, tenemos evidencia empírica de que el aumento en CO2 produce un incremento en el efecto invernadero.

Medidas en superficie de radiación descendente de onda larga

Una recopilación de medidas superficiales de radiación de onda larga desde 1973 a 2008 muestra una tendencia creciente de más radiación de onda larga retornando a la tierra, atribuida a aumentos en la temperatura, humedad y dióxido de carbono atmosférico (Wang 2009). Estudios regionales tales como un análisis de la radiación descendente de onda larga sobre los Alpes centrales muestran que la radiación de onda larga descendente está aumentando debido a un efecto invernadero intensificado (Philipona 2004).

Avanzando un paso más, un análisis de datos espectrales de alta resolución permite a los científicos  atribuir cuantitativamente el aumento en la radiación descendente de onda larga a cada uno de los gases de efecto invernadero (Evans 2006). Los resultados llevaron a los autores a concluir que "estos datos experimentales deberían terminar de forma efectiva con el argumento escéptico de que no existe una evidencia observacional de la conexión entre el aumento de la concentración de gases de efecto invernadero en la atmósfera y el calentamiento global".