Ilmaston lämpeneminen
Ilmaston lämpenemisellä tarkoitetaan viime vuosikymmeninä tapahtunutta maapallon alailmakehän ja merien keskilämpötilan nousua ja nousun arvioitua jatkumista. Yleisessä keskustelussa ilmiöstä käytetään myös termiä ilmastonmuutos.
Maanpinnan läheisen ilman lämpötila nousi 1900-luvulla maailmanlaajuisesti keskimäärin 0,74 ± 0,18 °C. Hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneeli IPCC:n mukaan ilmaston lämpeneminen on ollut suorien havaintojen perusteella kiistaton tosiasia, ja siitä suurin osa johtuu erittäin todennäköisesti (95 % todennäköisyydellä) ihmiskunnan aiheuttamista kasvihuonekaasupäästöistä. IPCC esitti jo loppuvuodesta 1995 pidetyssä kokouksessa että maapallon keskilämpötila nousee vuoteen 2100 mennessä 1,5–3 °C silloisesta.
Maapallon lämpeneminen olisi ollut vielä voimakkaampaa ilman ihmistoiminnasta syntyvien pienhiukkasten eli aerosolien viilentävää vaikutusta. Pienhiukkaset ovat pitäneet piilossa merkittävän osan kasvihuonekaasuista johtuvasta lämpenemisestä. Tulevaisuudessa tämän ilmiön varaan ei kuitenkaan voida enää laskea, koska vain päiviä tai viikkoja ilmakehässä viipyvien pienhiukkasten kokonaismäärä ei voi kasvaa samaa vauhtia kuin pitkäikäisten kasvihuonekaasujen kokonaismäärä.
Myös valtamerten lämpeneminen ja jäätiköiden sulaminen aiheuttavat viiveen ilmakehän lämpenemiskehityksessä. Syynä on se, että veden lämpeneminen ja jään sulaminen sitovat suuren ominaislämpökertoimensa vuoksi enemmän energiaa kuin ilman lämpeneminen. Yli 80 prosenttia ilmastonmuutoksen aiheuttamasta lisääntyneestä lämpöenergiasta onkin varastoitunut valtameriin, jotka ovat lämmenneet keskimäärin 3 000 metrin syvyyteen asti. Vaikka kasvihuonekaasujen päästöt pysäytettäisiin heti, ilman keskilämpötila tulee nousemaan kauemmin kuin seuraavat sata vuotta, joskin nykyistä huomattavasti hitaammin.
Ilmaston lämpeneminen johtuu ennen kaikkea fossiilisten polttoaineiden käytöstä ja maataloudesta, koska näillä toiminnoilla on kasvihuoneilmiötä voimistava nettovaikutus, joka johtaa maanpinnan ja alailmakehän lämpenemiseen.
IPCC arvioi, että ilmasto lämpenee 1,1–6,4 °C, todennäköisimmin 1,8–4,5 °C, aikavälillä 1990–2100. IPCC:n näkemyksiin yhtyvät ainakin 30 tiedeakatemiaa ja -yhteisöä, mukaan lukien G8-maiden sekä Brasilian, Kiinan ja Intian kansalliset tiedeakatemiat. Vaikka yksittäiset tieteentekijät ovat olleet eri mieltä IPCC:n tuloksista, ilmastotieteilijöiden ylivoimainen enemmistö (97 %) yhtyy niihin.
Maailmanlaajuisella lämpötilojen nousulla on monia vaikutuksia, kuten merenpinnan nousu ja sademäärien muutokset, joiden seurauksena äärimmäisten sääilmiöiden yleisyyden ja voimakkuuden arvioidaan kasvavan. Muita seurauksia ovat viljelysrajojen muuttuminen, jäätikköjen peräytyminen ja eläinlajien sukupuutot.
Ilmaston lämpenemisestä käytävä julkinen keskustelu käsittelee ilmastonmuutoksen hillitsemiseen ja sopeutumiseen liittyviä toimenpiteitä ja kustannuksia. Suurin osa maailman valtioista on ratifioinut Kioton pöytäkirjan, jonka tavoitteena on kasvihuonepäästöjen rajoittaminen.
Käsite "ilmaston lämpeneminen" on erityistapaus yleisemmästä termistä ilmastonmuutos, jolla voidaan viitata myös jääkausien yhteydessä tapahtuneeseen ilmaston viilenemiseen. Periaatteessa ilmaston lämpeneminen on neutraali käsite ajanjakson suhteen, mutta sitä käytetään yleisesti viime aikoina tapahtuneesta ihmisen aiheuttamasta maapallon ilmaston lämpenemisestä. Myös käsitettä ilmastonmuutos käytetään ihmisen aiheuttamasta muutoksesta.
Ihmisen toiminta on johtanut ilmastoa lämmittävien kasvihuonekaasujen pitoisuuksien kohoamiseen ilmakehässä. Ilmakehän kasvihuonekaasujen määrän kasvu vähentää maapallolta avaruuteen poistuvan lämpösäteilyn määrää. Tästä aiheutuu positiivinen eli lämmittävä säteilypakote.
Ihmisen vaikutus on havaittavissa selvimmin viimeisten 50 vuoden ajalta.
Joseph Fourier havaitsi kasvihuoneilmiön 1824, ja kvantitatiivisesti sitä tutki ensimmäisenä Svante Arrhenius 1896. Kasvihuoneilmiö on prosessi, jossa tietyt ilmakehän kaasut säteilevät ja imevät itseensä infrapunasäteilyä lämmittäen maan ilmakehää ja pintaa. Kasvihuonekaasujen lämmittävä vaikutus perustuu siihen, että ne päästävät lävitseen auringon lyhytaaltoista säteilyä, mutta imevät itseensä maanpinnan lähettämää pitkäaaltoista lämpösäteilyä ja lähettävät lämpösäteilyä myös takaisin kohti maan pintaa.
Kasvihuonekaasut luovat luonnollisen kasvihuoneilmiön, jota ilman maan keskilämpötila olisi 20–30 °C kylmempi. Ilman kasvihuoneilmiötä maa olisi elinkelvoton. Maan pintalämpötila olisi liian alhainen, jotta vettä voisi esiintyä laajalti nestemäisenä ja vesihöyrynä.
Viime jääkauden lopusta teollisen vallankumouksen alkuun asti maan keskilämpötila on pysynyt keskimäärin noin 14 °C:n lämpötilassa. Kasvihuonekaasupitoisuuksien kasvun myötä kasvihuoneilmiö voimistuu aiheuttaen lämpötilojen nousua. Näin ollen tiedemiehet eivät ”usko” kasvihuoneilmiöön tai ”vastusta” sitä sinänsä, vaan pikemminkin keskustelu koskee kasvihuonekaasupitoisuuksien kasvamisen nettovaikutusta samalla, kun asianmukaiset palautekytkennät otetaan huomioon.
Maassa merkittävimmät kasvihuonekaasut ovat vesihöyry, joka aiheuttaa noin 36–70 % kasvihuoneilmiöstä (pilviä lukuun ottamatta); hiilidioksidi (CO), joka aiheuttaa 9–26 %; metaani (CH), joka aiheuttaa 4–9 %, sekä alailmakehän otsoni, joka aiheuttaa 3–7 %.
Hiilidioksidipitoisuudet ilmakehässä ovat lisääntyneet 31 % ja metaanipitoisuudet 149 % esiteollisiin tasoihin nähden vuoden 1750 jälkeen. Nämä lukemat ovat merkittävästi korkeampia kuin kertaakaan aiemmin 650 000 vuoteen, mikä on pääteltävissä luotettavasti jäätiköiltä syväkairatuista näytteistä. Epäsuorien geologisten todisteiden perusteella uskotaan, että hiilidioksidipitoisuudet ovat olleet nykytasolla viimeksi 20 miljoonaa vuotta sitten.
Merenpohjan sedimenteistä ja kasvien fossiileista tehtyjen mittausten perusteella on voitu arvioida, että esimerkiksi 150–200 miljoonaa vuotta sitten hiilidioksidin pitoisuus oli kuitenkin ilmeisesti paljon nykyistä korkeampi, yli 2 000 ppm, ja 400–600 miljoonaa vuotta sitten ajoittain jopa yli 5 000 ppm. Vaikka hiilidioksidipitoisuus nousisi näille tasoille, seurauksia olisi mahdoton ennustaa, koska auringon lämmittävä vaikutus ei ollut silloin niin suuri kuin nykyään. Auringon, kuten muidenkin tähtien sisällä tapahtuvan fuusioreaktion takia, ne kirkastuvat ajan myötä.
Noin kolme neljäsosaa ihmisen aiheuttamista hiilidioksidipäästöistä viimeisten 20 vuoden aikana johtuu fossiilisten polttoaineiden käytöstä. Muut ihmisperäiset päästöt ovat pääasiassa seurausta maankäytöstä, erityisesti metsähakkuista. Tropiikissa tapahtuva metsänhävitys on aiheuttanut 2000-luvulla noin 15 % globaaleista hiilidioksidipäästöistä. Metsäpalojen yhteydessä ilmaan pääsee lisäksi ilmakehää lämmittäviä metaania ja typpioksiduulia. Toisaalta biomassan poltossa syntyy myös pienhiukkaspäästöjä, joilla arvioidaan olevan ilmakehää viilentävä nettovaikutus.
Ilmakehän tämänhetkinen (2018) CO-pitoisuus on noin 408,02 ppm.
Pitoisuuden odotetaan nousevan jatkossa fossiilisten polttoaineiden käytön ja maankäytön muutosten myötä. Kasvuvauhti on riippuvainen taloudellisesta, sosiologisesta, teknologisesta ja luonnollisesta kehityksestä, joskin fossiilisten polttoaineiden saatavuus voi rajoittaa kasvua. IPCC:n erikoisraportti päästöskenaarioista ennustaa CO-pitoisuuden nousevan tasolle 541–970 ppm vuoteen 2100 mennessä.
Fossiilisten polttoaineiden varannot riittävät tämän tason saavuttamiseen ja päästöjen kasvattamiseen vuodesta 2100 eteenpäin, mikäli hiiltä, öljyhiekkaa tai metaaniklatraattia käytetään laaja-alaisesti.
Vaikka kasvihuonekaasujen pitoisuudet pysyisivät nykytasolla, ilmasto luultavimmin lämpenisi edelleen 0,5 °C ja merenpinta jatkaisi nousuaan yli tuhannen vuoden ajan.
Positiiviset palautekytkennät, kuten Siperian turvesoiden ikiroudan sulamisesta aiheutuvat mahdollisesti jopa 70 000 miljoonan tonnin metaanipäästöt,
voivat johtaa merkittäviin lisäyksiin sellaisten kasvihuonepäästöjen lähteissä, joita ei ole otettu huomioon IPCC:n ilmastomalleissa.
Ilmastoon suoraan lämmittävästi vaikuttavilla pakotetekijöillä kuten kasvihuonekaasujen lisääntyneillä pitoisuuksilla voi olla seurannaisvaikutuksia eli palautekytkentöjä, jotka monimutkaistavat pakotetekijöiden vaikutuksia ilmastoon.
Yksi korostetuimmista palautekytkennöistä liittyy veden höyrystymiseen. Ilmakehään vapautettu hiilidioksidi aiheuttaa ilmakehän ja maanpinnan lämpenemistä, mistä seuraa, että ilmakehään vapautuu lisää vettä. Koska vesihöyry itsessään toimii kasvihuonekaasuna, tästä seuraa edelleen lisää lämpenemistä ja vesihöyryn vapautumista ilmakehään. Näin jatkuu, kunnes ilmasto saavuttaa uuden dynaamisen tasapainon, jossa kasvihuoneilmiö on kohonneen vesihöyrypitoisuuden vaikutuksen johdosta paljon voimakkaampi kuin mitä kohonneesta hiilidioksidipitoisuudesta yksin seuraisi.
Tämä vaikutus on peruutettavissa ainoastaan hitaasti johtuen hiilidioksidin pitkästä eliniästä ilmakehässä.
Pilvistä johtuvat palautekytkennät ovat meneillään olevan tutkimuksen ja keskustelun aihe. Pilvet säteilevät lämpöä takaisin maanpinnalle aiheuttaen lämmittävän vaikutuksen, mutta samalla heijastavat auringonvaloa ja säteilevät lämpöä avaruuteen aiheuttaen viilentävän vaikutuksen. Kasvanut vesihöyrypitoisuus saattaa aiheuttaa tai olla aiheuttamatta lisäystä maailman pilvipeitossa. Pilvien nettovaikutusta ei ole perusteellisesti mallinnettu, mutta se on merkittävin tekijä heti vesihöyryn jälkeen ja se on positiivinen kaikissa IPCC:n neljänteen arviointiraporttiin osallistuneissa malleissa.
Toinen tärkeä palautekytkentä on jään albedo eli heijastavuus. Ilmaston lämmetessä sulavien jäätikköjen alta paljastuu maata tai vesialueita. Sekä maan että veden albedo on matalampi kuin jään, eli ne heijastavat auringon säteilyä vähemmän ja imevät sitä itseensä enemmän. Tämä aiheuttaa lisää lämpenemistä, mikä puolestaan aiheuttaa lisää jäätikköjen sulamista, ja niin edelleen.
Ikiroudan sulamisesta ilmakehään vapautuvat hiilidioksidi ja metaani toimivat lämpenemistä aiheuttavana positiivisena palautekytkentänä. Merijään sulaessa vapautuva metaani on mahdollinen positiivinen palautekytkentä. Lisäksi merien kyvyn säilöä hiiltä odotetaan laskevan lämpenemisestä aiheutuvan eliötasapainon muuttumisen myötä.
Auringon säteilyvoimakkuus lisääntyi 1700-luvun alusta 1900-luvun puoliväliin, minkä arvioidaan voimistaneen maapallon lämpenemistä 10-20 prosentilla. 1900-luvun puolivälin jälkeen auringon säteilyn voimistuminen hidastui niin merkittävästi, että sen osuus nykyisessä ilmaston lämpenemisessä on lähes olematon.
Auringon aktiivisuuden kasvu aiheuttaa maanpinnan lämpenemisen lisäksi stratosfäärin lämpenemistä, kun taas kasvihuoneilmiön aiheuttama lämpeneminen johtaa stratosfäärin viilenemiseen. Auringon aktiivisuudella yhdistettynä tulivuorten toimintaan on luultavasti ollut lämmittävä vaikutus esiteollisesta ajasta 1900-luvun puoliväliin asti, mutta siitä eteenpäin vaikutus on ollut viilentävä. Stratosfäärisen otsonin vähenemisellä on niin ikään viilentävä vaikutus, joskaan merkittävää otsonikerroksen ohentumista ei tapahtunut ennen 1970-luvun loppua. Alemman stratosfäärin viilenemistä on havainnoitu ainakin vuodesta 1960 lähtien. Erään tutkimuksen mukaan auringon aktiivisuudessa 1980-luvun puolivälistä eteenpäin tapahtuneilla muutoksilla on ollut ilmastoa viilentävä vaikutus.
Vaikka ilmasto olisi moninkertaisesti arvioitua herkempi aurinkopakotteille, viimeaikainen lämpeneminen johtuisi silti kasvihuonekaasupitoisuuksien kasvusta.
Maapallon ilmasto on pysynyt melko vakaan koko holoseenin ajan, eli edellisen jääkauden jälkeisen ajan . Nykyimihmisen arvellaan syntyneen 200 000 vuotta sitten, joka tarkoittaa että se on selvinnyt monen jääkauden läpi. Tällä hetkellä tosin ilmasto on muuttumassa hälyttävän nopeasti. Maan ilmakehän kasvihuonekaasujen pitoisuudet ovat vaihdelleet huomattavasti geologisen ajan mittaan, ja mm. tämä vaihtelu on aiheuttanut kylmän ja trooppisen ilmaston vaihtelua. Maapallon ilmasto ei ole koskaan ollut vakaa, Ilmaston muutos on Maan normaali tila. Ennustettu ilmaston lämpeneminen on tosin siinämielessä poikkeuksellinen että maan päällä ei koskaan ennen ole ollut näin laajalle levittäytynyttä ja suurta populaatiota omaavaa eläinlajia, joka pystyy muokkaamaan ympäristöään ennenäkemättömällä tavalla.
Maailmanlaajuiset lämpötilat sekä maalla että merellä ovat mittausten mukaan kasvaneet 0,75 °C suhteessa ajanjaksoon 1860–1900. Kaupunkisaarekeilmiö ei ole merkittävästi vaikuttanut mittauksiin. 1979 lähtien maalämpötilat ovat kasvaneet noin 0,25 °C vuosikymmenessä eli kaksinkertaisella nopeudella 0,13 °C vuosikymmenessä kasvaneisiin merilämpötiloihin nähden.
Satelliittimittausten mukaan lämpötilat alemmassa troposfäärissä ovat kasvaneet 0,12–0,22 °C vuosikymmenessä 1979 lähtien.
Parin tuhannen vuoden aikana ennen vuotta 1850 lämpötilat ovat pysyneet maailmanlaajuisesti suhteellisen vakaina, joskin paikallisia muutoksia kuten keskiajan lämmin kausi ja pieni jääkausi on ollut. Tämä lämpötilavaihtelu tunnetaan Pohjois-Atlantin oskillaationa, ja sitä on tutkittu verraten tarkasti. IPCC:n analyysin mukaan jäähtyminen oli pienen jääkauden aikana alle 1 °C, eikä sitä ole voitu havaita maailmanlaajuisesti. Kylmimmät kesät 1800-luvulla olivat 0,6–0,7 °C tavallista viileämpiä.
1800-luvun lopulla alkaneiden mittausten ajalta kymmenen lämpimintä vuotta ovat kaikki olleet vuoden 1990 jälkeen. Vuodet 2015 ja 2016 ovat tähän mennessä koko mitatun historian lämpimimmät.
Ihmisen aiheuttamilla hiukkaspäästöillä, kuten sulfaattiaerosoleilla, voi kokonaisuudessaan olla auringon säteilyä heijastava ja siten ilmastoa viilentävä vaikutus. Hiukkaset toimivat myös pilvien tiivistymisytiminä viilentäen siten epäsuorasti maapalloa. Hiukkasten elinikä ilmakehässä on kuitenkin huomattavasti lyhyempi kuin tärkeimpien ihmisperäisten kasvihuonekaasujen. Tämä selittää osittain 1900-luvun puolivälissä tapahtuneen kylmenemisen,
joskin myös luonnollisella vaihtelulla on saattanut olla viilentävä vaikutus.
Paleoklimatologi William Ruddiman on esittänyt, että ihminen alkoi vaikuttaa ilmastoon noin 8000 vuotta sitten hakkaamalla metsiä viljelytilaksi. Myös 5000 vuotta sitten Aasiassa alkaneella riisinviljelyllä on ollut vaikutuksia.
Ruddimanin tulkinta historiallisesta tilastosta metaaniin liittyvään aineistoon liittyen on kuitenkin asetettu kyseenalaiseksi.
Maa on lämmennyt ja viilennyt useaan otteeseen menneisyydessä. Etelämantereelta otetusta EPICA-jääkairausnäytteestä on saatu tietoa lämpötilojen vaihtelusta viimeisten 800 000 vuoden ajalta. Tänä aikana maapallolla on ollut kahdeksan jääkautta ja jääkausien väliin jäävää lämmintä kautta, jolloin vallinneet lämpötilat ovat verrattavissa nykyisiin lämpötiloihin. Niin kutsutut Milankovićin jaksot eli muutokset maapallon kiertoradassa ovat rytmittäneet jääkausien ja lämpimien kausien esiintymistä.
Jääkausisyklit ovat seurausta monen tekijän summasta: Milankovićin jaksoista, hiilidioksidipitoisuudesta ja vesihöyrykuvioista. Edellisen vuosisadan aikana hiilidioksidipitoisuus on muuttunut rajusti ihmistoiminnan seurauksena, niin paljon että se saattaa katkaista aikaisempen jääkausien syklin. Viimeisen 800 000 vuoden aikana kahden asteen muutos ilmakehässä on vienyt tuhansia vuosia, nyt sama muutos ollaan saavuttamassa vain muutamassa vuosisadassa.
Kasvihuonekaasujen nopea kertyminen ilmakehään aiheutti varhaisella jurakaudella noin 180 miljoonaa vuotta sitten tapahtuneen lämpenemisen, jolloin maapallon keskilämpötila kohosi 5 °C. Ison-Britannian Open Universityssa tehdyn tutkimuksen mukaan lämpenemisen seurauksena rapautuminen kiihtyi viisinkertaiseksi. Rapautuminen sitoi hiiltä ilmakehästä maan kalsiittiin ja dolomiittiin, minkä johdosta hiilidioksidipitoisuudet laskivat entiselle tasolleen noin 150 000 vuodeksi.
Äkillisten klatraattiyhdisteisiin liittyvien metaanipäästöjen on ehdotettu aiheuttaneen muita kaukaisen menneisyyden lämpenemistapahtumia kuten noin 251 miljoonaa vuotta sitten tapahtuneen permi-triaskauden joukkotuhon ja 55 miljoonaa sitten olleen paleoseeni-eoseenin lämpöhuipun.
Tutkijoiden mukaan maapallo ei ole kokenut nykyisen kaltaista ilmastonmuutosta viimeiseen 420 miljoonaan vuoteen.
Ilmastomallit ovat keskeinen tapa tutkia ilmastonmuutoksen mekanismeja, ennustettuja vaikutuksia sekä ehdotettujen hillintätoimien vaikutuksia. Mallit perustuvat muun muassa virtausdynamiikkaan ja säteilyn kulkuun ilmakehässä. Suurin osa ilmastomalleista keskittyy ennustamaan vuotta 2100 edeltävää aikaa.
Yksittäiset mallit eroavat toisistaan laskennallisesti ja tuloksiltaan. Silloinkin, kun fossiilisten polttoaineiden kulutus ja hiilidioksidipäästöt oletetaan malleissa samoiksi, ennustetun lämpenemisen määrä vaihtelee malleittain ja tuloksiin jää merkittävä ilmastoherkkyyden vaihteluväli. Ilmastoherkkyydellä tarkoitetaan sitä, kuinka paljon ilmasto lämpenee tietystä määrästä kasvihuonekaasuja.
Nykyiset ilmastomallit vastaavat hyvin lämpötilavaihteluista 1900-luvulla tehtyjä havaintoja. Mallit ennustavat, että ilmasto lämpenee kasvihuonekaasupitoisuuksien kasvun seurauksena. Ottaen huomioon epävarmuudet ilmastomalleissa, ilmastoherkkyydessä ja ilmakehän kasvihuonekaasupitoisuuksissa tulevaisuudessa, IPCC arvioi aikavälillä 1990–2100 tapahtuvan lämpenemisen suuruudeksi 1,1–6,4 °C, todennäköisimmin 1,8–4,5 °C. Malleja on myös käytetty apuvälineenä viimeaikaisen lämpenemisen syiden löytämiseen vertaamalla havaittuja muutoksia mallien ennusteisiin. Mallien tulokset eivät erehtymättömästi osoita, että aikavälillä 1910–1945 tapahtunut lämpeneminen olisi yksinomaan ihmisen aiheuttamaa tai luonnollista lämpenemistä. Ne kuitenkin osoittavat, että vuoden 1975 jälkeen tapahtunut lämpeneminen johtuu suurimmilta osin ihmisen aiheuttamista kasvihuonekaasupäästöistä.
Muun muassa odotettavissa olevan ilmastonmuutoksen tarkka voimakkuus ja erityisesti kuinka sen vaikutukset vaihtelevat maapallolla alueittain ovat aktiivisen ilmastotutkimuksen kohteena. Ilmastomallien ennusteet voivat vastata maailmanlaajuisten lämpötilojen havaittuja muutoksia hyvin, mutta ne eivät vielä kykene mallintamaan kaikkia ilmaston ominaisuuksia. Ilmastomalleihin liittyy useita epävarmuustekijöitä, joista tärkeimmät koskevat takaisinsyöttömekanismeja, ilmastoherkkyyttä ja pilvisyyden kuvaamista. Lisäksi ilmastomallinnuksessa käytettyjen tietokoneiden laskentatehon rajoitukset edellyttävät joitakin yksinkertaistuksia.
Pilvisyyden esittäminen ilmastomalleissa on yksi pääsyistä tämänhetkisten ilmastomallien epävarmuuteen, joskin kehitystä ongelman suhteen tapahtuu.
Keskustelu sen suhteen, jättävätkö ilmastomallit tärkeitä auringon säteilyn vaihteluun liittyviä epäsuoria- ja palautevaikutuksia huomiotta, on käynnissä. Ongelmista huolimatta ilmastomalleja pidetään hyvinä työkaluina ilmastoa koskevien ennustavien laskelmien tekemiseen. IPCC:n mukaan vahvistettujen mallien ennusteet muodostavat kokonaisuutena uskottavan kuvan ilmaston kehityksen suunnasta.
Joitakin ympäristöön ja ihmiselämään kohdistuvista tapahtumista lasketaan jo nyt ainakin osittain ilmastonmuutoksen seuraukseksi. IPCC:n mukaan jäätiköiden peräytyminen, merijään repeytyminen, merenpinnan nousu, sadannan muutokset, äärimmäisten sääilmiöiden voimakkuuden ja esiintymistiheyden kasvu johtuvat osittain ilmaston lämpenemisestä. Vaikka yleisiin säännönmukaisuuksiin, intensiteetteihin ja esiintymistiheyksiin on odotettavissa muutoksia, yksittäisiä tapahtumia on vaikeaa yhdistää ilmastonmuutokseen.
US National Oceanic and Atmospheric Administration (Noaa) mukaan kesäkuu 1998, 2015, 2016 ja 2017 ovat neljä mittaushistorian lämpimintä. Lämpimyys on selitettävissä vain ihmisen ilmakehää lämmittävästä vaikutuksesta etenkin fossiilisista polttoaineista. Vuonna 2017 maapallon luonnonsyklin la Nina laskee lämpötiloja.
Veden puutteen odotetaan joillain alueilla pahenevan, kun taas toisaalla sademäärän ennustetaan kasvavan. Ilmaston lämmetessä haihdunta lisääntyy kuitenkin sadantaa enemmän, mikä johtaa kasvukauden aikaisen kuivuuden yleistymiseen sekä Euroopassa että muissa maanosissa.
Välimeren altaan maissa ilmaston lämpeneminen on nopeampaa kuin muualla maapallolla keskimäärin. Maapallon ilmasto on lämmennyt 1800-luvun lopulta lähtien keskimäärin 1,0 °C. Välimeren maissa nousua on ollut jo 1,4 °C.
Muutos näkyy jo, sillä eritoten Välimeren itäisessä osassa sademäärät ovat kutistuneet ja ankarat hellejaksot yleistyneet. Vuonna 2015 tutkimuslaitos World Resources Institute listasi ne valtiot, joissa veden puute tulee 20 vuoden kuluttua olemaan suuri ongelma. Listan 33:sta maasta 14 oli Välimeren alueelta. Mikäli ilmaston lämpeneminen etenee kahteen asteeseen, suuri osa eteläistä Espanjaa, samoin kuin muut alueet Välimeren ympäristössä muuttuvat autiomaaksi. Tutkijat ovat arvioineet, että eteläisen Afrikan ilmasto lämpenee jopa kolmella asteella vuoteen 2060 mennessä ja enimmillään jopa viidellä asteella vuoteen 2090 mennessä. Se tekisi ihmiselämän alueella lähes mahdottomaksi.
Ilmastonmuutos kiihdyttää maapallon kasvillisuuden kasvua. Nasan mukaan maapallo on vihertynyt 1990-luvun ja 2010-luvun välillä 15 prosenttia ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden lisääntymisen myötä. Erikoistutkija Esa-Matti Liliuksen mukaan sadon määrien voidaan arvioida lisääntyvän vähintään 20 prosentilla, sillä aiempaa korkeammissa hiilidioksidipitoisuuksissa viljelykasvit myös kestävät kuivuuden ja kuumuuden kaltaista stressiä paremmin. Ruuantuotannon tulevaisuutta tarkastelevan International Food Policy Research Instituten tutkimuksen mukaan läntisen Afrikan ilmasto näyttäisi muuttuvan siten, että maanviljelijöiden sadot voisivat jopa kasvaa.
Vuorten lumipeitteissä on odotettavissa pienenemistä. Muita odotettuja vaikutuksia ovat merenpinnan 0,18–0,59 metrin nousu vuosina 1990–2100, termohaliinikierron mahdollinen hidastuminen, otsonikerroksen oheneminen, merien happamoituminen, sekä tartuntatautien kuten malarian ja denguekuumeen leviäminen. Merenpinnan nousetessa suolainen merivesi pääsee entistä helpommin muun muassa riisiviljelyksille. Näin on käymässä Bangladeshissa, missä maaperän suolaantuminen hankaloittaa riisinviljelyä. Pelätään, että 5–20 miljoonaa ihmistä joutuu muuttamaan pois Bangladeshin rannikolta seuraavien 20 vuoden aikana.
Arktisen alueen tiedetään lämpenevän nopeammin kuin muun maapallon keskimäärin. Se merkitsee jäässä olevan merialueen supistumista ja sulana pysyvän vesialueen laajenemista. Tutkijoita on ihmetelleet Norjalle kuuluvien Huippuvuorten ilmaston kehitystä. Alueen vuosittainen keskilämpötila on ollut tähän asti noin -10 °C. Vuonna 2016 keskilämpötila oli vain hieman pakkasen puolella.
Eräs tutkimus ennustaa, että 1 103 eläin- ja kasvilajin otoksesta 18–35 % katoaa sukupuuttoon vuoteen 2050 mennessä ilmastonmuutoksen seurauksena.
Lämpötilojen nousulla on lukuisia vaikutuksia ihmisterveydelle. Ilmaston lämpenemiseen liittyvistä äärimmäisistä sääolosuhteista aiheutuvat kuolemat, ilmastopakolaisuus ja taloudelliset menetykset voivat pahentua vaikutusalueilla väestötiheyden kasvun seurauksena, vaikka lämpimille alueille on odotettavissa myös pieniä hyötyjä kuten kylmyyteen kuolemisen laskua. Maailman terveysjärjestö WHO arvioi, että ilmastonmuutoksen seuraukset aiheuttavat vuosittain noin 150 000 ihmisen kuoleman ja 5 miljoonaa sairaustapausta.
Ulkoilman hiilidioksidipitoisuuden kohoaminen saattaa aiheuttaa ilmanlaatuongelmia sisätiloissa, koska sisäilman hiilidioksidipitoisuus on tyypillisesti ulkoilman pitoisuutta suurempi. Tyydyttävän ilmanlaadun rajana pidetään 1 200 ppm:n pitoisuutta. Hengitysilman liian suuri hiilidioksidipitoisuus voi aiheuttaa väsymystä, päänsärkyä, keskittymisvaikeuksia ja suorituskyvyn laskua.
Suomen luononvarakeskus Luken asiantuntijoiden mukaan voi käydä niin, että jos Suomessa ruuantuotanto, puutarhatuotanto ja maatalous ajetaan alas, Suomeen voi iskeä nälänhätä. Muualla maailmassa moni tällä hetkellä merkittävä ruuantuotantoalue kärsii jo nyt tilapäisestä kuivuudesta. Suomeen tuodaan tällä hetkellä Keski- ja Etelä-Euroopasta esimerkiksi viljaa, mutta näin ei ehkä ole enää tulevaisuudessa.
Arvioidaan, että kuivuus pahenee entisestään 20–30 vuoden päästä. Kuivuuden vuoksi ruokaa ei ehkä enää 10–30 vuoden päästä pystytä tuomaan muualta maailmasta Suomeen. Jos vastaavasti Suomessa ei ole omavaraista ruuantuotantoa, nälänhätä alkaa koetella Suomea. Luke esittää, että suomalaisten olisi oltava omavaraisia. Luken mukaan Suomen maatalous kärsii kuitenkin tällä hetkellä pahasta kriisistä kannattavuuden suhteen.
Suomen maatalouden tuotantoakapasiteetti on laskenut. Vastaavasti kapasiteetin nostaminen, esimerkiksi maatalouskoneiden hankinta ja peltojen ottaminen uudelleen käyttöön sekä muu rakentaminen, vaatii aikaa ja rahaa. Kapasiteetin nosto on aina kalliimpi prosessi kuin nykyisin olemassa olevan kapasiteetin ylläpito.
Jos kotimainen ruuantuotanto ajettaisiin alas, voisivat ensimmäiset isot ongelmat tulla Suomeen jo vuoden 2027 tienoilla. Suomen on Luken mukaan varauduttava siihen, että ruokaa ei yksinkertaisesti saa mistään. Se esittää, että tulevaisuudessa Suomen ei tule olla maa, joka ostaa muualta ruokaa, vaan Suomen pitäisi olla valtio, joka myy ruokaa ulkomaille.
Suomessa pitäisi pitää huolta myös maanviljelijöiden tietotaidon säilymisestä, maatilojen sukupolvien vaihdoksesta, laitteista ja infrastruktuurista. Suomi pystyisi vielä nostamaan kapasitettinsa tasolle, jossa maan oma maatalous vastaisi kansalaisten ruuan tarpeesta. Tutkijoiden mukaan kaikkien kansakuntien tulisi nähdä perusruuantuotannon omavaraisuus sekä kansallisena oikeutena että kansallisena velvollisuutena muita ihmisiä kohtaan.
Ilmaston lämpenemisen ennustetaan lisäävän esimerkiksi äärimmäisiä sääilmiöitä, myös Suomessa. Näin ollen esimerkiksi viljan korsien tulisi olla mahdollisimman lujia ja kestäviä, jotta rankkasateet eivät saisi niitä lakoon. Vaikka Suomessa ilmasto lämpenisikin, valon määrä ei kuitenkaan lisäänny. Näin ollen syksyllä, kun valo alkaa olla vähissä, myöhään kypsyvät, eteläisimpiin oloihin jalostetut lajikkeet eivät ehdi valmistua korjuukypsiksi.
Vaikka ilmastonmuutos ja lämpeneminen suosisi paikoin kotimaista viljelyä, muutoksen muut vaikutukset ovat huomattavasti kielteisempiä: se lisää ilmastopakolaisuutta, joka voi kohdistua myös Suomeen ja inhimillistä hätää monissa maissa.
Suomessakin tilanne on ristiriitainen, sillä toisaalta peltopinta-alaa tulisi kasvattaa tuotannon lisäämiseksi, mutta toisaalta Suomen metsät sitovat hiilidioksidia. Jos metsiä hakataan viljelyskäyttöön, hiilidioksidia vapautuu ilmakehään. Se puolestaan lämmittää ilmastoa entisestään. Silti talous ohjaa tuotantoa sääoloja enemmän. Ilmastonmuutos ja lämpeneminen, taloudellinen muutos sekä väestön kasvu osoittavat, että ruoka tulee kallistumaan.
Ongelmaan on mahdollista vaikuttaa ostamalla kotimaisia tuotteita ja suosimalla paikallista tuotantoa. Maailmanlaajuisella tasolla ajatellen kehitystä voi ehkäistä lihatuotteiden kulutusta vähentämällä. Suomalaiset kuluttavat lihaa yli suositusten.
Jotkut taloustieteilijät ovat yrittäneet arvioida ilmastonmuutoksen aiheuttamien maailmanlaajuisten vahinkojen kokonaishintaa. Ratkaisevia päätelmiä taloudellisista vaikutuksista ei vielä ole. Sadan arvion yhteen summaavassa tutkimuksessa vahinkoarviot vaihtelivat 10:stä 350:een Yhdysvaltain dollariin hiilitonnia (tC) kohti (3:sta 95:een dollariin per hiilidioksiditonni), keskiarvonaan 43 dollaria/tC (12 dollaria per hiilidioksiditonni). Eräs kuuluisa raportti talousvaikutuksista on Sternin raportti, jonka mukaan ilmastonmuutokset vaikutukset saattavat vastata maailmanbruttokansantuotteen vähenemistä viidellä prosentilla vuosittain.
Ilmastonmuutoksen yhä voimistuvia taloushaittoja käsittelevässä yhteenvedossaan Yhdistyneiden kansakuntien ympäristöohjelma UNEP korostaa vakuutus- ja pankkiriskejä. Maataloudella, liikenteellä ja muilla sektoreilla on todennäköisesti myös edessään ilmastonmuutoksen mukanaan tuomia vaikeuksia. Taloudelliset tappiot ovat erityisen merkittäviä köyhillä alueilla, ja suurimmat talousriskit kohdistuvatkin kehitysmaihin ennemmin kuin teollisuusmaihin.
Global Commission on the Economy and Climate mukaan vuonna 2018 ilmastonmuutoksen vastustaminen loisi 65 miljoonaa työpaikkaa ja ehkäisisi 700 000 ennenaikaista kuolemaa ja lisäisi maailmantalouteen vähintään 26 000 miljardia dollaria vuoteen 2030 mennessä verrattuna tilanteeseen, että ilmastonmuutokseen ei reagoitaisi.
Kasvanut tietoisuus tieteellisistä päätelmistä ilmaston lämpenemisen suhteen on johtanut laajaan poliittiseen ja taloudelliseen keskusteluun ilmastonmuutoksen hillitsemisestä niin kasvihuonepäästöjä rajoittamalla kuin muunlaisin hillintätoimin ja ilmastonmuutokseen sopeutumisesta.
Suurimmat ilmastonmuutoksen odotettuihin vaikutuksiin liittyvät riskit uhkaavat köyhiä alueita, erityisesti Afrikkaa ja Intiaa, vaikka niiden kasvihuonekaasupäästöt ovat olleet mitättömiä teollistuneisiin maihin verrattuna.
Samanaikaisesti Yhdysvallat on arvostellut Kioton ilmastosopimukseen liittyviä kehitysmaille suotuja vapautuksia kasvihuonepäästörajoituksista ja käyttää niitä oikeutuksena sopimuksen ratifioimatta jättämiselle.
Eräs keskustelun kiistakohta on, tulisiko vastikään teollistuneiden maiden kuten Intian ja Kiinan rajoittaa päästöjään. Kiinan CO-päästöjen odotetaan ohittavan Yhdysvaltojen päästöt lähivuosina, mikä on erään raportin mukaan jo saattanut tapahtua. Länsimaissa ajatukset ihmisen osallisuudesta ilmastonmuutokseen ja toimenpiteistä sen hillitsemiseksi ovat saaneet laajempaa hyväksyntää Euroopassa kuin Yhdysvalloissa.
Fossiilisten polttoaineiden yhtiöt kuten ExxonMobil ja jotkin ajatushautomot ovat lopettaneet kampanjoinnin 2007 ilmastonmuutoksen riskien vähättelemiseksi
samalla, kun ympäristöjärjestöt ovat käynnistäneet ilmastonmuutoksen seurauksia korostavia kampanjoita. Hiljattain jotkin fossiilisten polttoaineiden yhtiöt ovat kuitenkin peräytyneet vähättelevistä toimenpiteistä tai vaatineet toimenpiteitä lämpenemisen hillitsemiseksi. Useissa maissa on ollut keskustelua vaihtoehtoisten energianlähteiden käyttöön ottamiseksi päästöjen vähentämiseksi.
Keskitettyjen, valtiojohtoisten päästörajoitusten lisäksi päästöjä rajoitetaan myös hajautetummin. Esimerkiksi öljy-yhtiö BP on asettanut itselleen päästörajoja, päästötavoitteita ja ottanut käyttöön sisäisen päästökauppajärjestelmän. Toisaalta BP:n toimenpiteitä on arvosteltu myös silmänlumeeksi varsinkin Greenpeacen taholta, ja suuryritysten toiminnan eettisyyttä tarkkaileva yhdysvaltalainen CorpWatch-järjestö palkitsikin BP:n vuonna 2010 "Greenwash Award"illaan viherpesusta yrityksen käyttäessä enemmän rahaa ympäristöystävällisyyttään korostavaan mainoskampanjaan kuin konkreettisiin toimiin päästöjen rajoittamisen puolesta.
Päästöjä rajoittava YK:n alaisen UNFCCC:n organisoima Kioton sopimus astui voimaan 16. helmikuuta 2005. 141 maan ratifioimassa sopimuksessa teollisuusmaat sitoutuvat rajoittamaan päästönsä tietylle sovitulle tasolle. Valtiot voivat omien päästöjensä vähentämisen ohella kasvattaa päästökiintiötään ostamalla lisää päästöoikeuksia muilta valtioilta päästökaupassa. Toukokuussa 2007 aloitettiin kansainväliset neuvottelut jatkosopimuksen solmimiseksi Kioton sopimuksen päättyessä vuonna 2012.
APEC-maat Yhdysvallat, Australia, Kiina, Intia, Japani ja Etelä-Korea ovat tehneet keskinäisen AP6-sopimuksen ilmastonmuutoksen rajoittamisesta teknologiaa kehittämällä ja levittämällä. Osapuolten mielestä sopimus edistää päästötöntä tekniikkaa, kuten uusiutuvia energianlähteitä, hiilidioksidin talteenottoa sekä parempaa energiatehokkuutta. Sopimusta on kritisoitu laajalti, sillä siinä ei ole päästörajoituksia eikä tarkkoja tavoitteita. Yhdysvallat kuitenkin pitää yksipuolisia päästörajoituksia talouden kasvun rajoitteina.
G8-maat sopivat huippukokouksessaan kesäkuussa 2007 kasvihuonepäästöjen puolittamisesta vuoteen 2050 mennessä.
Vastaavanlaisia paikallisempia ja löyhempiä sopimuksia on useita.