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हरितगृह प्रभाव (Greenhouse Effect) एक प्राकृतिक वायुमंडलीय प्रक्रिया है, जिसमें कुछ गैसें पृथ्वी की सतह से निकलने वाले अवरक्त विकिरण (Infrared Radiation) को अवशोषित और पुनः उत्सर्जित करती हैं, जिससे पृथ्वी की सतह और निचला वायुमंडल गर्म बने रहते हैं। इस प्रक्रिया में प्रमुख भूमिका निभाने वाली गैसों को हरितगृह गैसें (Greenhouse Gases) कहते हैं। इनमें कार्बन डाइऑक्साइड (CO₂), मिथेन (CH₄), नाइट्रस ऑक्साइड (N₂O), जलवाष्प (Water Vapour) और ओजोन (O₃) शामिल हैं।

हरितगृह प्रभाव की कार्यप्रणाली में सूर्य से आने वाला लघुतरंग विकिरण (Shortwave Radiation) पृथ्वी की सतह को गर्म करता है। गर्म सतह ऊर्जा को दीर्घतरंग अवरक्त विकिरण (Longwave Infrared Radiation) के रूप में उत्सर्जित करती है। वायुमंडल में उपस्थित हरितगृह गैसें इस विकिरण के एक भाग को अवशोषित करके सभी दिशाओं में पुनः उत्सर्जित करती हैं, जिससे पृथ्वी की सतह की ओर अतिरिक्त ऊर्जा प्राप्त होती है। प्राकृतिक हरितगृह प्रभाव के कारण पृथ्वी का औसत सतही तापमान लगभग 15°C बना रहता है; इसके अभाव में यह लगभग −18°C होता।

प्राकृतिक हरितगृह प्रभाव (Natural Greenhouse Effect) और वैश्विक तापवृद्धि (Global Warming) में अंतर है। प्राकृतिक हरितगृह प्रभाव पृथ्वी पर जीवन के लिए आवश्यक तापमान बनाए रखता है, जबकि मानवीय गतिविधियों से ग्रीनहाउस गैसों की सांद्रता बढ़ने पर यह प्रभाव अधिक शक्तिशाली हो जाता है। इसे संवर्धित हरितगृह प्रभाव (Enhanced Greenhouse Effect) कहते हैं। जीवाश्म ईंधनों का दहन, वनोन्मूलन तथा औद्योगिक गतिविधियाँ इसकी प्रमुख वजह हैं। इनके परिणामस्वरूप पृथ्वी के औसत तापमान में होने वाली दीर्घकालिक वृद्धि को वैश्विक तापवृद्धि कहा जाता है।

वैश्विक तापवृद्धि से महासागरों का गर्म होना, हिमनदों का पिघलना, समुद्र स्तर में वृद्धि तथा वर्षा के वितरण में परिवर्तन जैसी घटनाएँ प्रभावित होती हैं। हालाँकि महासागरों, नदियों और झीलों के तापमान में वृद्धि इसके संभावित प्रभाव हैं, लेकिन हरितगृह प्रभाव केवल जल निकायों के तापमान तक सीमित नहीं है। यह संपूर्ण पृथ्वी की ऊर्जा संतुलन प्रणाली (Earth's Energy Balance) से संबंधित प्रक्रिया है।