Il est vrai que la vapeur d’eau est le plus grand contributeur à l’effet de serre de la Terre. En moyenne, elle est probablement responsable d’environ 60 % de l’effet de réchauffement. Cependant, la vapeur d’eau ne contrôle pas la température de la Terre, mais est au contraire contrôlée par la température. En effet, la température de l’atmosphère environnante limite la quantité maximale de vapeur d’eau que l’atmosphère peut contenir. Si un volume d’air contient sa quantité maximale de vapeur d’eau et que la température diminue, une partie de la vapeur d’eau se condense pour former de l’eau liquide. C’est pourquoi les nuages se forment lorsque l’air chaud contenant de la vapeur d’eau s’élève et se refroidit en altitude où l’eau se condense en minuscules gouttelettes qui constituent les nuages.
L’effet de serre qui a maintenu la température de la Terre à un niveau suffisamment chaud pour que la civilisation humaine se développe au cours des derniers millénaires est contrôlé par des gaz non condensables, principalement le dioxyde de carbone, CO2, avec des contributions plus faibles du méthane, CH4, de l’oxyde nitreux, N2O, et de l’ozone, O3. Depuis le milieu du XXe siècle, de petites quantités de gaz d’origine humaine, principalement des solvants et des réfrigérants contenant du chlore et du fluor, ont été ajoutées au mélange. Comme ces gaz ne sont pas condensables à la température et à la pression atmosphériques, l’atmosphère peut en contenir beaucoup plus. Ainsi, le CO2 (ainsi que le CH4, le N2O et l’O3) s’accumule dans l’atmosphère depuis la révolution industrielle, lorsque nous avons commencé à brûler de grandes quantités de combustibles fossiles.
S’il n’y avait pas eu d’augmentation des quantités de gaz à effet de serre non condensables, la quantité de vapeur d’eau dans l’atmosphère n’aurait pas changé, toutes les autres variables restant les mêmes. L’ajout des gaz non condensables provoque une augmentation de la température, ce qui entraîne une augmentation de la vapeur d’eau qui augmente encore la température. Il s’agit d’un exemple d’effet de rétroaction positif. Le réchauffement dû à l’augmentation des gaz non condensables entraîne une augmentation de la vapeur d’eau dans l’atmosphère, ce qui ajoute à l’effet des gaz non condensables.
Il est également possible que l’ajout de plus de vapeur d’eau dans l’atmosphère produise un effet de rétroaction négatif. Cela pourrait se produire si plus de vapeur d’eau entraîne une plus grande formation de nuages. Les nuages reflètent la lumière du soleil et réduisent la quantité d’énergie qui atteint la surface de la Terre pour la réchauffer. Si la quantité de réchauffement solaire diminue, la température de la Terre baisse. Dans ce cas, l’ajout de vapeur d’eau aurait pour effet de refroidir plutôt que de réchauffer. Mais la couverture nuageuse signifie qu’il y a plus d’eau condensée dans l’atmosphère, ce qui renforce l’effet de serre par rapport à la vapeur d’eau non condensée seule – il fait plus chaud par une journée d’hiver nuageuse que par une journée claire. Ainsi, les éventuelles rétroactions positives et négatives associées à l’augmentation de la vapeur d’eau et à la formation de nuages peuvent s’annuler mutuellement et compliquer les choses. L’équilibre réel entre elles est un domaine actif de la recherche en sciences du climat.