プラネタリー・バウンダリー
気候変動については、大気中の二酸化炭素濃度と放射強制力の2つが制御変数とされる。古気候学のデータをもとにした予想では、二酸化炭素濃度の限界値は350ppm以下であり、それを上回ると極地の氷が大規模に溶け、海面上昇や海洋酸性化などの結果をもたらす可能性がある。人類が排出する温室効果ガスの正味エネルギー量は、1平方メートルあたり1ワット以下の増加が限界値とされ、地球の平均気温1度の上昇に相当する。
気候変動によって、人類がこれまで築いた文明の前提が失われる可能性がある。250万年前の更新世に人類の祖先が発生した時には、気候は氷河期と温暖期の変動を繰り返しており、人類にとって過酷な環境だった。7万5000年前には、人口が1万5000人まで減少したことも判明している。農耕による安定した食糧生産が可能になったのは、1万1700年ほど前から気候が暖かくなり、変化が緩やかになったことが原因にある。これが完新世と呼ばれている間氷期にあたり、暖かく湿気があり、予測できる気候は農耕にとって好条件だった。21世紀時点でも人類の繁栄は完新世の条件に依存しているが、気候変動によって安定性が失われ、人新世と呼ばれる地質時代に入ったともいわれている。
気候が外部要因によって影響を受ける度合いを気候感度とも呼び、この気候感度の予測は幅が大きい。理由としては、(1) 温暖化した際の雲の変化が予測しにくい点、(2) 温暖化による炭素循環の変化が予測しにくい点にある。予測の幅が大きいため、温室効果ガスの削減目標と気温の上昇を関係づけることを困難としている。温度上昇と温暖化の影響は確率的にしか分からない。
気候変動の対策として、2030年までに25%の温室効果ガスを削減し、気温上昇を1.5度未満に抑えることがパリ協定(2015年)で決定された。しかし温室効果ガスは主に富裕国で排出されており、深刻な影響を受けるのは技術や資金が不足する途上国となる。地域による不平等の他に、所得層による不平等がある。富裕層ほどエネルギー消費が多くなるために排出量も増えることが複数の研究で判明しており、平均的には所得が10%増えると炭素排出量は9%増える。世界で最も排出量が多い上位10%の所得層は排出量の50%を占め、最も排出量が少ない50%の所得層は排出量の10%にとどまる。このため、富裕国および富裕層により大きな責任があるとされる。
土地利用の変化、淡水利用、生物多様性の損失、生物地球化学的循環(窒素とリンの循環)が含まれる。これらは緩やかな限界値とも呼ばれ、地球システムのフィードバックを支えている。第1グループが地球全体の変動であるのに対して、限定された地域の限界値に関係している。地球規模での独自の閾値はないが、複数の組み合わせによって急激な変化がありうる。