기후 변화

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기후 위기(氣候 危機, 영어: climate crisis), 기후 비상사태(climate emergency) 혹은 기후 변화(climate change)는 지구 온난화처럼 지구의 평균 기온이 점진적으로 상승함과 함께 전지구적 기후 패턴이 급격하게 변화하는 현상을 통틀어 일컫는다. 현대 이전에도 기후 변화가 존재하긴 했지만, 현대의 기후 변화는 급격하며 자연적인 이유로 발생하는 현상이 아니다.[2] 현재의 급격한 기후 변화는 인간이 이산화탄소(CO2)와 메테인과 같은 온실 기체를 방출해 일어난 현상이다. 인간이 방출한 온실 기체의 절대다수는 에너지를 사용하기 위해 화석 연료를 태워서 만들어진 것이다. 그 외에도 농업, 제강, 시멘트 생산, 산림 손실로 온실 기체가 방출되고 있다.[3] 온실 기체는 햇빛을 투과하기 때문에 햇빛이 지구 표면을 가열한다. 하지만 지구가 적외선 복사로 열을 우주로 방출할 때 온실 기체가 복사열을 흡수하여 지상에 열을 가둔다. 가둬진 열로 지구가 점점 뜨거워지면서 태양빛을 반사하는 반사율이 높은 만년설 표면이 사라지는 등 지상에 여러 변화를 일으켜 지구 온난화를 가속시킨다.[4]

육지는 지구 전체 평균보다 기온이 약 2배 빠르게 상승했다. 사막은 점점 넓어지고 있으며 폭염산불 횟수도 점점 늘어나고 있다.[5] 북극에서 심화되는 온난화로 영구동토층이 녹고 있으며 빙하와 해빙이 점차 사라지고 있다.[6] 기온이 증가하며 더 강력한 폭풍이 만들어지며 기상이변도 불러일으키고 있다.[7] 산호초, , 북극 등지에서는 급격한 환경 변화로 수많은 들이 강제로 이주하거나 멸종하고 있다.[8] 기후 변화는 식량물 부족, 홍수 증가, 극심한 폭염, 질병의 만연화, 경제적 손실 등 다양한 상황으로 인간을 위협한다. 또한 기후 변화 그 자체로 난민을 만들기도 한다.[9] 세계 보건 기구(WHO)는 기후 변화를 21세기 세계 보건에게 끼칠 가장 큰 위협이라고 전망했다.[10] 미래에 온난화를 최소화하려는 노력이 성공하더라도 수 세기 동안 지구는 다양한 영향을 받을 것이다. 대표적인 예로 해수면 상승, 해양 산성화 및 온난화 등이 있다.[11]

기후 변화가 주는 다양한 영향은 현재 수준의 기온 상승인 약 1.2 °C 상승 시점에서도 이미 나타나고 있다. 기후 변화에 관한 정부간 협의체(IPCC)는 온난화로 1.5 °C 이상 상승할 경우 지구에 돌이킬 수 없는 더 큰 영향을 미칠 것이라 경고하고 있다.[12] 온난화가 계속될 경우 그린란드 빙상의 융해처럼 티핑 포인트(tipping points)에 닿을 상황에 처할 위기로 몰아넣는다.[13] 이런 변화에 대응하는 방법으로는 온난화 수준을 제한시키는 행동을 취하거나, 이런 변화에 적응하는 방법이 있다.[14] 앞으로 지속될 온난화는 온실 기체 배출량을 줄이고 대기의 온실 기체를 제거해서 증가 수준을 줄일 수 있다.[14] 온실 기체 배출량을 줄이는 데에는 풍력이나 태양 에너지 등 지속 가능 에너지의 사용을 늘리고 석탄 사용량을 점차 줄이며, 사용하는 에너지의 효율성을 높여 절약하는 방법이 있다.[15] 기존의 화석 연료로 작동하는 탈것을 전기 차량으로 대체하고 가정과 건물에 열펌프를 사용하면 배출량이 더욱 감소할 것이다.[16] 산림 벌채를 막고 숲을 늘리면 대기 중의 이산화탄소를 흡수하는 데 도움을 줄 수 있다.[17] 지역 사회는 해안선 관리와 재난 상황 관리책을 강화하고 기후 변화에 저항력이 더 높은 작물을 개발하는 등의 방법으로 기후 변화에 적응할 수 있다. 하지만 이런 적응책만으로는 심각하고 광범위하며 영구적인 기후 변화의 위협으로 나타날 피해를 피할 수 없다.[18]

2015년 채택된 파리 협정으로 전세계 각국은 기후 변화 완화를 노력하여 "최대 2 °C 상승" 이하를 유지하기로 합의하였다. 하지만 협정을 완전히 준수하더라도 21세기 말까지 지구 평균 기온은 약 2.7 °C 상승할 것이다.[19] 온난화 수준을 1.5 °C 이하로 제한하기 위해서는 2030년까지 온실 기체 배출량을 절반으로 줄여야 하고, 2050년까지 온실 기체 순배출량을 0(net-zero)으로 만들어야 한다.[20]

1980년대 이전까지는 온실 기체의 증가로 인한 온난화가 에어로졸로 인한 냉각 효과를 뛰어넘을지 불분명했다. 이후 과학자들은 인간이 기후에 주는 영향을 종종 "의도치 않은 기후 조절"(inadvertent climate modification)이라고 말했다. 1980년대부터는 "지구 온난화"(global warming)와 "기후 변화"(climate change)라는 단어가 대중화되기 시작했다. 전자인 "지구 온난화"는 지상의 온도 증가만 언급하는 단어이고 후자인 "기후 변화"는 온실 기체가 기후에 미치는 전반적인 영향을 뜻하는 단어였다.[22] "지구 온난화"라는 단어는 1988년 NASA의 기후과학자인 제임스 핸슨이 미국 상원 증언석에서 처음 사용하면서 전반적으로 널리 쓰이기 시작했다.[23] 2000년대에는 "기후 변화"라는 단어가 대중적으로 쓰이기 시작했다.[24] "지구 온난화"는 보통 인간이 일으킨 지구의 온난화 현상을, "기후 변화"는 자연적인 혹은 인위적인 경우를 모두 통틀어 말했다.[25] 또한 두 용어가 서로 혼동되거나 뜻이 뒤바뀌어 사용되기도 하였다.[26]

다양한 과학자, 정치인, 언론계 인사들은 기후 변화에 대해 이야기할 때 기후 위기(Climate crisis)나 기후 비상사태(Climate emergency)라는 용어를, "지구 온난화" 대신 "지구 가열"(global heating)이라는 용어를 사용하기 시작했다.[27] 영국의 가디언지 편집장은 이런 용어 사용 정책을 "과학적으로 엄밀하게 이야기함을 밝힘과 동시에, 매우 중요한 이 문제를 독자와 명확하게 소통할 수 있도록 하기 위해" 편집 지침에 추가했다고 밝히기도 했다.[28] 2019년에는 옥스퍼드 대학교 출판부의 "옥스퍼드 랭기지"(Oxford Languages)가 올해의 단어로 "기후 비상사태"(climate emergency)를 선정하면서 이를 "기후 변화를 줄이거나 멈추고 그로 인한 잠재적으로 돌이킬 수 없는 생태학적 피해를 막기 위해 긴급한 대책이 필요한 상황"이라고 정의하였다.[29][30]

여러 독립적인 측정 데이터세트에서는 현 지구의 기후가 온난화되고 있음을 보여주고 있다.[33] 2011년에서 2020년 사이 10년간은 산업화 이전 기준선인 1850년-1900년 사이 평균 기온보다 평균 1.09 °C (오차 감안 0.95–1.20 °C) 상승하였다.[34] 지상 기온은 10년마다 평균 0.2 °C 상승하고 있으며,[35] 2020년 기준 산업화 이전보다 1.2 °C 더 상승한 상태이다.[36] 1950년대 이후부터 전세계적으로 추운 날의 수가 더 줄어들고 있으며, 따뜻한 날의 수가 더 늘어나고 있다.[37]

18세기에서 19세기 중반 사이에는 순 온난화 현상이 거의 없었다. 이 시기의 기후 정보는 나무의 나이테나 아이스 코어 같은 간접 관측 기록을 이용해 추정한다. 이런 자료를 통해 자연적인 변화 수치가 산업 혁명 초기의 영향을 상쇄시켰다는 것을 알아냈다.[38] 온도계를 통한 직접적인 기온 관측 기록은 1850년대 경부터 전 세계에 나오기 시작했다.[39] 그 이전 중세 온난기나 소빙기 같은 역사적인 온난화 및 한랭화는 전 세계 다른 지역에서 동시다발적으로 발생하진 않았다. 특정한 한정된 지역에서는 기온이 잠깐 20세기 후반 수준으로 상승했을 수도 있었다.[40] 선사 시대에도 팔레오세-에오세 최대온난기 같은 전지구적 온난화 현상이 있었긴 했다.[41] 하지만 현대에 관측되고 있는 기온 상승과 이산화탄소 농도의 상승은 매우 빠르며 지구 역사상 일어났었던 그 어떤 지구물리학적 기후 급변 사건보다도 그 속도가 빠르다.[42]

측정한 기온으로 보이는 온난화의 증거는 광범위한 기타 다른 자료로도 보강된다.[43][44] 일례로 폭우의 빈도와 그 강도가 더 강해지고 많아졌으며, 육지의 얼음과 눈이 녹았으며 대기의 평균 습도도 상승했다.[45] 또한 동식물군은 일례로 꽃이 점점 더 이른 봄에 피어나는 현상과 같이, 온난화와 일치하는 경향으로 생태가 변화하고 있다.[46] 또 다른 핵심적인 온난화 지표에는 대기 상층부의 한랭화 현상인데, 온실 기체가 지구 표면 근처에 열을 가둬버려 우주로 열이 방사되는 것을 막아 높은 고도에서의 기온이 시간이 지날수록 점차 낮아지고 있다.[47]

전 세계의 여러 지역마다 온난화의 진행 속도는 서로 다르다. 온난화 진행 속도 차이는 온실 기체가 방출되는 정도의 차이와 관계가 있는 것은 아니다. 온실 기체의 효과가 지구 전체에 골고루 퍼질 정도로 충분히 오래 유지되기 때문이다. 산업화 이전부터 육지의 평균 기온은 지구 전체의 평균 기온보다 거의 2배 빠르게 상승하였다.[48] 그 이유로는 바다가 육지보다 열용량이 더 크고 바다에서는 물의 증발로 더 많은 열을 잃기 쉽기 때문이다.[49] 지구 내 기후계의 열에너지는 1970년대 일시적인 답보 상태 이후로는 꾸준히 늘어났으며, 늘어난 여분의 열에너지 중 약 90% 이상이 바다에 저장되었다.[50][51] 나머지 열에너지는 대기를 데우고 얼음을 녹이며 육지를 덥히는 역할을 하였다.[52]

북반구북극남반구남극보다 더 빨리 따뜻해졌다. 북반구의 육지 면적이 훨씬 더 넓은 뿐 아니라, 계절의 변화에 따라 덮이는 눈과 해빙도 더 많다. 훨씬 더 많은 빛을 반사하는 표면이 있는 얼음이 녹아 더 어두운 흙이 노출되면 반사율이 낮아 더 많은 열을 흡수하기 시작한다.[53] 눈과 얼음에 쌓이는 검은 탄소도 북극 온난화의 원인이 된다.[54] 북극의 기온은 세계에서 가장 빠르게 증가하고 있으며 지구의 다른 지역보다 두 배 이상 빠르게 증가하고 있다.[55] 북극의 빙하와 빙상이 녹으면 멕시코 만류의 순환을 약화시키는 등 전 지구적인 해양 순환을 방해시켜 기후를 더욱 변화시킨다.[56]

기후계는 수십년 혹은 수 세기를 주기로 하는, 엘리뇨-남방진동과 같은 다양한 기후 변동을 가지고 있다.[57] 그 외의 변화는 기후계 '외부'의 에너지 불균형으로 인해 발생하지만 기후계의 외부가 꼭 지구 외부를 의미하는 것은 아니다.[58] 기후계의 외부 영향으로는 온실 기체의 농도 변화, 태양 광도의 변화, 화산 폭발, 태양 주위를 도는 지구 궤도의 여러 변화 등이 있다.[59]

기후 변화에 있어 인간이 얼마나 많은 영향을 끼쳤는지 분석하기 위해서는 알려진 기후계 내부 변동이나 자연적인 외력은 배제해야 한다. 여기서 사용하는 접근법은 모든 잠재 원인에 대한 일종의 '지문'을 지정한 다음 이 지문을 관측된 기후 변화 패턴과 비교하는 것이다.[60] 예를 들어 태양 궤도 변동을 주요 원인으로 배제한다. 이 지문은 대기 전체를 따듯하게 만들 것이다. 하지만 이 지문을 빼더라도 하층부 대기만 따듯해지는데 이는 온실 기체의 효과로 인해 발생하는 것이다.[61] 현대 기후 변화의 원인은 전적으로(100%) 점차 증가한 온실 기체 때문이며 에어로졸이 여기에 약간의 감쇠 효과를 가지고 있다.[62]

지구는 태양에서 내려온 햇빛을 흡수하고 이를 복사열의 형태로 다시 방출한다. 대기 중의 온실 기체는 적외선을 흡수한 후 다시 방출하여 복사열이 대기를 통과해 우주로 방출하는 속도를 지연시킨다.[63] 산업 혁명 이전에는 자연적으로 발생하는 온실 기체 때문에 지표면 근처의 기온은 온실 기체가 하나도 없었을 때보다 약 33°C 더 높았다.[64][65] 온실 효과에 가장 큰 영향을 주는 요인은 수증기(~50%)와 구름(~25%)이지만 이 둘은 기온에 영향을 받아 증가하는 관계가 있는 기후계 내부 요소에 해당하며 온도에 따라 두 요인의 크기가 계속해서 피드백된다. 반면 이산화 탄소(~20%), 지상의 오존,[66] 염화 플루오린화 탄소(CFC), 아산화 질소 등의 기체 농도는 온도에 영향을 받지 않는 기후계 외부 압력에 속한다.[67]

산업 혁명 이후에는 화석 연료(석탄, 석유, 천연 가스)를 추출하고 연소하는 등 인간의 활동으로[68] 대기 중 온실 기체 양이 크게 증가하여 복사 불균형 현상이 발생했다. 2019년 기준 이산화 탄소와 메테인의 농도는 1750년 이후 각각 약 48%, 160% 증가했다.[69] 현재의 이산화 탄소 농도는 지난 2백만년 기준 최고 수치이다. 메테인의 농도는 지난 80만년 기준 최고 수치이다.[70]

2019년 기준 전 세계의 인위적인 온실 기체 방출량은 이산화 탄소 약 590억 톤과 맞먹는다. 총 온실 기체 방출량 중 이산화 탄소가 75%, 메테인이 18%, 아산화 질소가 4%, 플루오린화 기체가 2%였다.[71] 이 중 이산화 탄소의 배출은 주로 교통, 제조업, 난방, 전기를 위한 에너지를 쓰기 위해 화석 연료를 태우며 발생하였다.[3] 그 외에도 산림 벌체와 산업 공정에서도 이산화 탄소가 배출되었는데 주로 강철, 알루미늄, 비료를 제조하기 위해 사용하는 화학 반응으로 이산화 탄소가 배출되었다.[72] 메테인은 주로 가축 목축, 천연 거름 이용, 재배, 매립지, 폐수, 석탄 및 석유, 천연 가스 채굴 과정에서 배출되었다.[73] 아산화 질소는 주로 비료의 미생물 분해 과정에서 배출되었다.[74]

온실 기체 방출에 산림 벌채가 큰 요인을 차지하고 있지만 그럼에도 지구의 육지 표면, 특히 이 가장 큰 탄소 흡수원 역할을 하고 있다. 토양의 생물학적 탄소 고정이나 광합성과 같은 지표면의 탄소 흡수 작용으로 연간 전 세계 이산화 탄소 배출량의 29%가 다시 흡수된다.[75] 바다도 두 단계 과정을 통해 중요한 이산화 탄소 흡수원 역할을 한다. 먼저 표층수에 이산화 탄소가 용해되고 나면 바다의 열염순환 과정에서 이산화 탄소가 흡수된 바닷물이 해양 심층으로 깊숙히 골고루 가라앉고 시간이 지나면 탄소의 순환 과정으로 바다 심해에 축적된다. 지난 20년간 전 세계의 바다가 그 동안 배출한 이산화 탄소의 20~30%를 흡수하였다.[76]

연무질(에어로졸) 형태의 대기 오염은 인간의 건강에도 큰 영향을 끼칠 뿐 아니라 기후에도 큰 영향을 미친다.[77] 1961년부터 1990년까지 지구 표면에 도달하는 햇빛의 양이 점차 감소하는 현상이 관측되었는데 이를 대중들은 지구음암화라고 불렀으며[78] 그 원인은 바이오 연료와 화석 연료의 연소 과정에서 발생한 에어로졸이 지구 대기에 영향을 줘서 발생했던 것으로 알려져 있다.[79] 전 세계적으로 에어로졸의 농도는 1990년 이후부터 꾸준히 감소하였으며 이는 에어로졸이 더 이상 온실 기체의 온난화 효과를 저지하지 못한다는 뜻이다.[80]

에어로졸은 지구 대기중에서 산란시키고 태양 복사를 흡수한다. 또한 지구의 복사열 수지에도 영향을 미친다. 황산 에어로졸은 구름 응집핵 역할을 하여 더 작고 더 많은 물방울을 지닌 구름으로 변화한다. 이런 에어로졸 구름은 더 크고 더 적은 물방울을 지닌 구름보다 태양 복사의 반사율이 더 높다.[81] 또한 구름에 들어오는 햇빛을 더 많이 반사되게 만드는 빗방울의 성장도 감소시킨다.[82] 에어로졸의 간접적인 영향은 각각의 요소가 서로 다른 영향을 주기 때문에 복사 강제력에 있어 가장 큰 불확실성을 만든다.[83]

에어로졸은 보통 햇빛을 반사시켜 지구 온난화의 영향을 제한시키지만 눈이나 얼음 위에 떨어지는 그을음과 같은 블랙 카본은 지구 온난화에 영향을 준다. 블랙 카본은 땅의 햇빛 흡수량을 늘리고 눈과 얼음을 녹여 해수면 상승을 이끈다.[84] 북극에 새롭게 쌓인 블랙 카본 퇴적물을 제한하면 2050년까지 기온 상승을 0.2 °C 낮출 수 있다.[85]

인간은 보통 더 많은 농경지를 확보하기 위해 지구 토지를 변화시킨다. 현재 지구 토지 영역의 34%가 농경지이며 26%는 숲, 30%는 사람이 살 수 없는 빙하나 사막 같은 지형이다.[87] 산림의 넓이는 계속 줄어들고 있는데 이 과정에서 일어나는 토지 이용 변화로 지구 온난화가 가속화되고 있다.[88] 탈산림화로 나무가 벌채될 때 나무 안에 있던 이산화탄소가 방출되고 그 나무가 미래에 더 많은 이산화탄소를 흡수할 수 있는 기회를 빼앗는다.[89] 산림 벌체가 일어나는 주요 원인으로는 고기팜유와 같은 작물 생산을 위한 농지로의 영구 토지 이용 변화가 27%, 임업, 수산업 가공품 생산을 위한 벌목이 26%, 화전농업과 같은 단기간 이동경작이 24%, 산불이 23%이다.[90]

토지 이용 변화는 온실 기체 배출에만 영향을 주는 것이 아니다. 그 지역의 식생 유형이 지역의 평균 기온에도 영향을 준다. 즉 식생 유형은 얼마나 많은 햇빛이 다시 우주로 반사되는지(반사율), 얼마나 많은 열이 증발로 손실되는지에 영향을 미친다. 예를 들어, 어두운 이 초원으로 변하면 표면이 더 밝아져 반사율이 증가해 햇빛이 더 많이 반사된다. 또한 탈산림화는 구름에 영향을 미치는 화학적인 화합물 방출 조성을 변형하고 바람 패턴을 변화시켜 기온에 영향을 줄 수 있다.[91] 열대 지방과 온대 지방에서는 모든 요소를 합친 순효화가 온난화를 가속시키는 반면, 극지방에 가까운 고위도에서는 숲이 눈밭으로 바뀌면 반사율이 증가해 냉각 효과가 발생한다.[91] 전 세계적으로 총 영향은 지구 표면 반사율의 증가로 아주 미약한 냉각 효과가 발생한 것으로 추정된다.[92]

물리적 기후 모델에서는 태양 활동과 화산 활동의 변화만으로는 최근 수십년 간 관측된 급격한 온난화를 재연할 수 없다.[93] 태양은 지구에 들어오는 에너지원이기 때문에 지구로 내리쬐는 햇빛의 변화는 기후계에 직접적인 영향을 가져온다.[83] 인공위성을 통해 태양의 복사조도 수치를 측정하고 있으며,[94] 간접 관측 기록까지 합치면 1600년도부터 현재까지 태양 활동의 변화를 추적할 수 있다.[83] 지구로 들어오는 총 태양 에너지는 증가 추세가 없다.[95] 지구 온난화를 일으키는 것이 온실 기체라는 또 다른 강력한 증거로는 대기 하부(대류권)는 기온이 점점 증가하지만 대기 상부(성층권)는 기온이 점점 하강하고 있다는 관측 결과이다.[96] 만약 태양 활동 때문에 지구 온난화가 발생한 것이라면 대기 상부와 하부 모두 기온이 증가해야 한다.[61]

거대한 화산 분화는 산업화 이전까지 가장 거대했던 자연적인 기후 변동 요인이다. 분화가 매우 강해서 대기 성층권에 이산화 황이 흝뿌려진다면 수 년간 에어로졸이 햇빛을 차단할 수 있다. 온도는 약 두 배 정도 영향을 받는다. 산업화 이후 화산 활동은 지구 기온의 향방에 거의 무시할 수 있을 정도로 영향을 주지 못한다.[97] 현재의 화산성 이산화 탄소 배출량은 인간이 배출하는 이산화 탄소 배출량의 1% 미만이다.[98]

초기 위에서 나열한 여러 강제력으로 입력을 준 기후계의 반응은 피드백을 통해 조정된다. 피드백으로는 자기 강화 피드백, 즉 양성 피드백으로 반응이 더 커지고 반대로 음성 피드백으로는 반응이 약해진다.[100] 기후계의 주요 양성 피드백에는 수증기 피드백, 얼음-반사율 피드백, 구름의 순효과 반응이 속한다.[101][102] 지구의 일차적인 음성 피드백으로는 복사냉각 반응으로 지구의 표면 온도가 상승하면 그에 따라 더 많은 복사열을 우주로 방출한다.[103] 온도 피드백 외에도 식물 생장에 대한 이산화 탄소의 비료 효과와 같이 탄소 순환과 같은 피드백도 있다.[104] 기후 모델마다 주어진 온실 기체 입력값에 따라 서로 다른 규모의 온난화를 예측하는 이유도 바로 이 피드백의 불확실성 때문이다.[105]

공기가 온실 기체 때문에 따뜻해져 기온이 상승하면 더 많은 수분을 함유할 수 있다. 수증기는 매우 강력한 온실 기체이므로 대기를 더 많이 가열한다.[101] 여기서 구름으로 덮인 땅의 면적이 증가한다면 더 많은 햇빛이 우주로 반사되어 지구가 냉각될 것이다. 만약 구름이 더 높은 높이에 생기고 더 얉아진다면 구름이 단열재 역할을 하여 지표면에서 반사한 열을 다시 지표면으로 구름이 반사하는 역할을 하여 지구 안에 열이 같히고 지구가 더워질 것이다.[106] 구름의 영향은 피드백의 불확실성에 있어 가장 큰 요인으로 작용한다.[107]

또 다른 기후계의 주요 피드백으로는 북극의 눈으로 덮인 지역과 해빙의 감소 반응으로 이 둘이 일어나면 지구의 반사율이 감소한다.[108] 더 많은 태양 에너지가 반사율이 낮아진 지역에서 흡수되면서 북극의 온도 변화가 증폭된다.[109] 북극의 증폭 현상으로 영구 동토층도 빠르게 녹아 메테인과 이산화 탄소를 대기중으로 방출한다.[110] 기후 변화는 습지, 해수계, 담수계의 메테인 방출도 증폭시킬 수 있다.[111] 이 효과 때문에 기후계의 전체적인 반응은 점점 양성 피드백이 강화되는 방향으로 흘러갈 것이다.[112]

인간이 배출한 총 이산화 탄소의 약 절반은 육지의 식물과 바다가 흡수했다.[113] 육지에서는 이산화 탄소 농도의 증가와 생장기의 확대가 식물의 성장을 자극했다. 하지만 기후 변화는 식물의 성장을 방해하는 가뭄폭염을 강화하기 때문에 식물의 탄소 흡수구가 계속 증폭될지는 미지수이다.[114] 토양도 많은 양의 탐소를 함유하고 있으며 가열되면 일부 탄소가 방출될 수 있다.[115] 더 많은 이산화탄소와 열이 바다에 흡수되면 바다가 산성화되어 해양 순환이 변하고 식물성 플랑크톤이 더 적은 탄소를 흡수해 바다가 대기 중의 탄소를 흡수하는 속도가 느려진다.[116] 전반적으로 이산화 탄소의 농도가 높아진다면 더 적은 배출량만 자연이 흡수하게 된다.[117]

기후 모델이란 기후계에 영향을 미치는 다양한 물리적, 화학적, 생물학적 과정을 압축해 묘사한 것이다.[118] 모델에서는 기후 피드백의 강도를 고려하여 향후 추가적인 온실 기체 방출이 야기할 온난화 수준을 계산하는 데 사용한다.[119][120] 또한 기후 모델에서는 지구 공전, 자전 궤도의 변화, 역사적인 태양 활동의 변화, 화산 활동과 같은 여러 자연 현상을 고려해 계산한다.[121] 기후 모델은 미래의 기온을 추정하는 것 외에도 바다의 대순환, 계절의 연간 주기, 육지 표면과 대기 사이 탄소의 흐름을 재연하고 예측한다.[122]

기후 모델의 물리적인 현실성은 현 시기와 과거의 기후를 시뮬레이션 하여 실제와 비교하는 과정으로 확인할 수 있다.[123] 옛 구형 모델은 북극 해빙의 감소와[124] 강수 비율의 증가를 과소평가했다.[125] 또한 옛 모델에서는 1990년 이후 해수면 상승도 과소평가하는 문제가 있었지만 최근의 모델에서는 실제 관측한 해수면 상승률과 거의 비슷하게 예측한다.[126] 2017년 미국에서 발표된 미국 기후 평가(National Climate Assessment)에서는 "기후 모델이 여전히 기후 변화 관련 피드백 과정을 과소평가하거나 누락했을 가능성이 있다"고 말했다.[127]

기후 모델의 일부는 단순한 물리적 기후 모델에 인문사회적 요소를 더하기도 한다. 이런 모델에서는 인구 변화, 경제성장, 인간의 에너지 사용이 물리적인 기후계에 미치는 영향과 서로 상호작용하는 방식도 시뮬레이션한다. 이 정보를 통해 미래의 온실 기체 배출에 관한 시나리오를 만들 수 있다. 이런 인문사회적 기후 모델 시나리오는 미래에 대기 중 온실 기체 농도가 어떻게 변할지 예측하는 데 물리적 기후 모델과 탄소 순환 모델의 입력값으로 사용된다.[128][129] 사회경제적 시나리오와 완화 시나리오에 따라 모델에서는 대기 중 이산화 탄소 농도를 380 - 1,400 ppm 사이로 예측한다.[130]

IPCC 제6차 평가 보고서에 따르면 매우 낮은 온실 기체 배출 시나리오에서 21세기 말 지구의 온난화 정도는 1.0 °C에서 1.8 °C에 이를 것이라고 발표했다. 중간 단계 배출 시나리오에서는 2.1 °C에서 3.5 °C로, 매우 많은 배출 시나리오에서는 3.3 °C에서 5.7 °C 더 상승할 것이라고 예측하였다.[131] 이런 예측은 기후 모델을 기반으로 하여 다양한 관측값을 합쳐 결정한다.[132]

잔존 탄소 수지는 탄소 순환과 온실 기체의 기후 민감도를 모델링하여 결정한다.[133] IPCC에서는 2018년 이후 이산화 탄소 배출량이 420에서 570 기가톤(Gt)를 넘지 않는다면 2/3 확률로 온난화 수준을 1.5 °C 이하로 유지할 수 있다고 예측했다. 이는 현재 배출량 수준을 그대로 유지할 때 10-13년분에 해당한다. 탄소 수지의 경우 그 오차 범위가 더 크다. 예를 들어 영구 동토층과 습지에서 방출하는 메테인으로 이산화 탄소 배출량이 약 100기가톤 정도는 더 적어질 수 있다.[134] 하지만 화석 연료 자원이 풍부하기 때문에 이 정도로 21세기의 탄소 배출을 제한하기에는 부족하다.[135]

지구 온난화는 자연 시스템의 많은 부분에서 관찰되었다. 먼저, 지구 표면 부근 온도는 2005년까지 지난 1백 년간 0.74 ± 0.18 ℃ 상승했다. 또한, 급격한 기상 변화의 원인으로 고려되는 등 세계 기상에 큰 영향을 미치는 것으로 추정된다.[136] 이러한 변화들 중 해수면 상승과 눈, 얼음의 대규모 감소 등의 변화는 관측된 온도 변화 문단에서 설명했다.[137] 20세기 중반 이후 지구 평균 온도 증가의 대부분은 높은 확률로 이루어졌고[138][139][140] 온실 기체 농도는 인위적 변화에 귀인되었다.[141]

심지어 배출 규제를 위한 정책을 시작하더라도, 세계적 배출량은 시간이 지남에 따라 여전히 증가할 것이라 예측된다.[142]

IPCC 예측 시나리오의 향후 배출 시나리오에 따르면, 21세기 말(2090년부터 2099년까지) 다양한 모델에서 해수면 상승도가 약 0.18m에서 최고 0.59m로 다양했다. 그러나, 이러한 추정들은 과학적 이해의 부족 가능성을 염두에 두지 않았으며 해수면 상승이 예측값보다 더욱 늘어날 수도 있다. 천년 단위의 척도에서, 빙상의 융해가 지금보다 높은 해수면 상승을 초래할 수 있다. 그린란드 빙상과 서남극 빙상의 부분적 해빙기에는 약 4~6m의 해수면 상승이 초래될 것으로 예측된다.[143]

지역의 기후 변화로는 남극해와 북대서양 등 위도가 높은 북부의 대부분 육지보다 바다에서 더욱 심한 온난화가 이루어질 것으로 예측된다.[142] 적설 면적과 해빙이 감소하면서 2037년에는 북극이 주로 9월 이후 얼음이 관측될 것으로 예측된다.[144] 또한, 2090년 여름에 북극의 얼음이 모두 녹아 없어질 가능성이 언급되었다.[145]

미국 텍사스주2003년 유럽 폭염 등의 특정한 기상 사건은 신뢰구간 내에서는 지구 온난화 없이 발생할 수 없었다는 계산을 할 수 있다. 이 때의 매우 더운 이상점은 2050년 이후에는 10%의 표준편차로 육지의 10%에서 평균 온도가 될 것이다. 이 상황은 물 순환을 가속시키면서 더욱 강한 가뭄홍수가 발생할 것이다.[146] 허리케인의 세기에 미치는 영향은 아직까진 불확실하다.[147]

지역적인 생태계 시스템에서 봄 이전의 시기와 극지방으로의 식물 및 동물 영역 변화는 최근의 지구 온난화와 높은 연관성이 있다.[137] 미래 기후 변화는 툰드라, 홍수림, 산호초를 포함한 특정 생태계 전반에 큰 영향을 미칠 것으로 예상된다.[142] 대부분의 생태계는 높은 이산화탄소 농도와 높은 지구 온도에 영향을 받을 것으로 예상된다.[148] 전반적으로, 기후 변화는 생태계의 다양성 감소와 많은 종의 멸종을 초래할 것으로 예상된다.[149]

이산화탄소의 증가는 바다의 산성도 증가를 불러일으킨다. 해양 산성화로 알려진 이 과정은 지구 온난화와 "비슷한 나쁜 쌍둥이"로 알려져 있다.[150] 해양 산성도 증가는 탄산염의 양을 감소시키면서 유공충과 같은 해양 먹이 사슬 바닥에 있는 생물이 더욱 살기 어렵게 만든다. 현재 해양 산성화의 속도는[151] 지난 3억년 4번의 대량 멸종 중 해양 생물의 95%를 멸종시킨 페름기-트라이아스기 멸종보다 더욱 빠른 속도로 진행되고 있다. 산업 혁명부터 세기 말까지 산성도 변화는 팔레오세-에오세 최대 열출력(Paleocene–Eocene Thermal Maximum)과 같으며 이는 지난 5천년 간 유공충의 35-50%를 사망시켰다.[152]

기후 변화와 인간의 영향은 점진적 기후 변화의 영향보다는 극단적인 기후 변화의 영향을 많이 받고 있다.[153] 기후 변화의 영향은 지금까지 작은 섬에서의 악영향을 포함하여[154] 고위도 지역의 토착민 위협,[155] 인간의 건강에 작지만 뚜렷한 영향들을 준다.[156] 21세기에 기후 변화는 해안 후퇴와 홍수, 물의 감소, 건강 악화 등이 수백만명의 사람들에게 미칠 것으로 예상된다.[157] 대부분의 경제학 논문에서 지구 온난화로 인해 GDP의 손실이 발생한다고 언급한다.[158][159]

현재의 추세에 따르면, 2030년 남아프리카옥수수 생산은 30% 감소하며 남아시아, 기장 및 옥수수 생산량은 10% 감소할 것이다.[160] 2080년에는 개발도상국의 수확량은 평균적으로 10-25% 감소할 것이며 특히 인도는 30-40% 감소할 수 있다.[161] 2100년에는 3억명 이상이 토양 수분 및 물 부족, 온도 상승, 열대 지역의 확장으로 인해 세계적으로 쌀과 옥수수 수확량이 20-40% 감소되어 기아를 겪게 될 것이라고 경고했다.[162]

미래에 온난화가 약 3 °C까지 상승할 경우(1990~2000년 기준으로 2100년 예상) 중위도 및 고위도 지역에서 아마도 수확량이 증가될 수 있으나 저위도 지역에서는 매우 심각한 농업 생산량 감소를 불러일으킬 것이다.[154] 순이익과 비용의 유사한 패턴으로 시장에서도 큰 영향을 줄 것이다(기후 변화와 경제 참조).[156] 3 °C 이상 온도가 상승할 경우, 중위도 지역에서도 수확량이 감소하면서 전 세계의 식량 부족 현상을 일으킬 것이다.[163]

작은 섬과 삼각주는 해수면 상승의 결과로 중요한 인프라가 침수되고 인간의 정착지를 위협할 것이다.[164][165] 이 중 투발루몰디브의 국민 경우에는 무국적자가 될 수도 있다.[166] 또한, 방글라데시와 같은 저지대 국가 등지에서는 기후 난민이 발생할 수도 있다.

미래의 기후 변화도를 감소시키는 것을 기후 변화의 완화라고 지칭한다. IPCC는 온난화 완화를 온실가스 배출량(GIG)를 줄이는 운동 또는 온실가스 흡수원(carbon sink)을 늘림으로써 배출한 온실가스를 흡수하는 운동으로 정의했다.[167] 많은 개발도상국선진국이 깨끗하고, 덜 오염시키고, 기술적으로 이용하는 것으로 목표하고 있다.[168]:192 이러한 보조 기술을 이용하여 상당한 양의 배출된 이산화탄소를 감소시킬 수 있다. 배출량 감소 목표 정책, 신재생 에너지의 사용 증가와 에너지 효율(Efficient energy use)을 높이는 것도 포함한다. 이 연구들은 미래의 많은 배출량 감소 예측을 보여주고 있다.[169]

낮은 범위 내에서 지구 온난화를 제한하기 위해 IPCC가 발표한 "정책 결정자들을 위한 요약 보고서"에서[170] 전체 보고서에 설명한 큰 여러 가지 시나리오 중 하나를 설명하며 온실 기체 배출 제한 정책을 채택할 필요가 있다고 말했다.[171] 이 각 연도가 지나면서 배출량의 증가를 막는 것은 점점 어려워질 것이고, 원하는 온실 기체 농도를 맞추기 위해 몇 년 후에는 더욱 과감한 정책을 해야 한다고 말했다. 2010년 에너지 관련 이산화탄소 배출량은 2008년 기록된 역사적으로 기록된 배출량 중 가장 높았다.[172]

심지어, 가장 낙관적인 시나리오에서도 앞으로 수년 동안 화석 연료를 이용하는 것 때문에 천연 가스 또는 석탄 발전소에서 발생된 이산화탄소를 지하에 이산화탄소 포집 및 저장(carbon capture and storage) 해야 한다고 발표했다.[173]

다른 정책적 대응으로는 기후 변화에 대한 적응이 있다. 기후 변화에 대한 대응을 정부의 개입 없이 기후 변화 등이나 자연에 기대하여 계획하는 것이다.[174] 적응 계획은 이미 제한적으로 발생하고 있다.[169] 장벽, 한계, 미래 적응 비용 등은 아직 완전히 이해되지 않았다.[169]

적응에 관한 개념은 적응 능력(adaptive capacity)으로서 이는 기후 변화(극단적 변화 포함)에 적응하는 시스템 기능(인간의 자연 관리)를 활용하거나 결과에 대처하여 잠재적인 손실을 막는다는 개념이다.[175] 완화되지 않은 기후 변화(즉, 온실가스 제한 노력 없이 찾아온 미래 기후 변화)가 장기적으로 나타날 때, 자연 관리 및 인간 시스템의 적응도는 한계를 초과할 것이다.[176]

환경단체들과 공인들은 기후 변화와 그것이 수반해온 위험들을 강조하면서, 인프라 요구와 배출 감축의 변화에 대한 적응을 촉진했다.[229] 적응은 개발도상국에서 지구 온난화의 영향을 겪을 것으로 예상되기 때문에 특히 중요하다.[230] 즉, 인간이 적응하는 능력과 잠재력(적응 능력이라 부름)은 다른 지역과 인구를 건너서 평탄하지 않게 분배된다. 그리고 개발도상국들은 일반적으로 적은 적응력을 가지고 있다.[231]

기후를 의도적으로 바꾸는 지구공학은 미국 항공우주국[177]왕립 학회[178]에서 지구 온난화에 대처할 수 있는 방안 중 하나로 소개되었다. 이 연구 기법 중 하나로는 태양 복사율 관리(solar radiation management)와 이산화탄소 제거(carbon dioxide removal) 등의 방식이 연구되고 있다. 이 연구들은 아직 초기 단계이며 더 큰 규모의 방식으로 적용하지 않고 있는 상태이다. 2014년의 한 연구는 가장 일반적인 기후 공학 방법을 조사한 결과 비효율적이거나 잠재적으로 심각한 부작용을 가지고 있으며 급격한 기후 변화를 일으키지 않고 중단할 수 없다고 결론을 내렸습니다.

지구 온난화는 온실가스의 증가로 인하여 생겨난 현상이므로 근본적으로 지구 온난화를 막기 위해 이산화탄소 등의 온실가스를 제거 또는 억제하는 것을 통해 해결하려는 방법이 있다. 현재 알려진 방법은 친환경 연료 개발(바이오디젤 등)[179][180] 이나 나무 심기 등이 있는데, 최근에는 독일에서는 해조류 번식을 통한 지구 온난화 해결을 도모하려는 방법도 있다.[181] 또, 우주상에 태양열 반사판을 띄워 태양열 막기(우주 거울)[182], 이산화탄소 해저 매장[183] 등 다양한 새로운 방법들이 나오고 있다. 그러나 생태계 파괴 우려[181][182] 나 엄청난 비용 등 문제점이 많아 실제 보편화된 것은 거의 없다.

국제적인 협약을 제정함으로써 기상이변의 주요한 원인으로 제기되는 지구 온난화 가속화를 막으려는 노력이 있다. 대표적인 노력으로서 이산화탄소를 포함한 여섯 종류의 온실 가스의 배출을 감축하며 배출량을 줄이지 않는 국가에 대해서는 비관세 장벽을 적용하는 교토 의정서(Kyoto Protocol)가 있다. 2007년인도네시아 발리 섬에서 열린 발리기후회의에서는 기후 변화를 막기 위한 명확한 목표 설정이 없다면 세계가 해수면 상승, 빙하 해빙, 가뭄, 기후 변화 등으로 인한 난민들의 이주로 곤란을 겪을 것이라고 경고하면서 국제 협약을 통한 적극적 노력을 촉구했다.[185] 파리협정도 지구 온난화를 막기 위한 국제적인 노력 중 하나이다. 지구 평균온도 상승 폭을 산업화 이전 대비 2℃ 이하로 유지하고, 더 나아가 온도 상승 폭을 1.5℃ 이하로 제한하기 위해 함께 노력하기 위한 국제적인 약속이고, 각국은 온실가스 감축 목표를 스스로 정해 국제사회에 약속하고 이 목표를 실천해야 하며, 국제사회는 그 이행에 대해서 공동으로 검증하게 된다.[186]

하지만 지구 온난화를 막기 위한 국제 협약 참여에 미진한 일부 국가들을 지적하기도 한다.[187] 미국이 대표적인 예이다.[188] 중화인민공화국의 경우에도 석탄 탄광 개발과 급속한 산림 파괴, 산업 개발로 이산화탄소 방출량 증가율이 세계 최고에 이르고 있지만 교토 의정서 기후변화협약에 서명하지 않고 있다.[189] 전문가들은 이들 국가의 입장 표명이 앞으로 열릴 유엔 환경장관 회의를 앞두고 대부분의 전문가들이 이들 국가의 참여가 '온난화를 극복하는 열쇠'[190] 가 될 것이라고 예상하고 있다. 2007년에는 반기문 국제 연합 사무총장이 미국중화인민공화국에 직접적으로 환경 문제에 대해 적극적인 참여를 요구했다.[191]

기후 변화에 대해 어떻게 적절한 대책을 내세워야 한다는 것에는 여러 가지 의견이 존재한다.[192] 이러한 시야 차이는 온실 기체 배출 제한 혜택 비용을 증가시키게 된다. 일반적으로, 기후 변화는 가난한 지역에 큰 피해와 위험을 주는 것처럼 보인다.[193]

지구 온난화 논쟁은 지구 온난화의 원인과 결과에 대한 다양한 의미의 분쟁이며, 과학 문헌보다 매스 미디어에서 훨씬 강렬하게[194][195] 보도되고 있다. 그 외 추가적인 논쟁을 겪고 있는 주제로는 기후 민감도에 관한 추정, 추가적인 온난화 예상, 지구 온난화의 결과 예측 등도 있다.

과학 문헌에서는, 지구 표면 온도의 최근 수십 년간 증가 추세는 주로 온실 기체의 인위적 배출에 의해 나타났다는 것에 대해 강력한 합의를 보고 있다. 국가 또는 국제적인 과학계의 입장은 이에 대해 동의하지 않는 입장이 없으며,[196][197](즉, 과학적인 입장은 이에 대해 완전히 지지하고 있으며) 일부 단체만 이에 대해 애매한 입장을 고수하고 있다.

1990년부터 1997년까지 미국에서는 보수주의자들이 지구 온난화의 정당성 사회 문제로 끌어들여 훼손시키는 데 동원된다고 생각했다. 이들은 기후 변화를 부정하고 있다. 지구 온난화가 혜택이 있을 것이라고 주장하고 있으며, 현재의 해결 방안이 해를 끼칠 것이라고 주장하고 있다. 그러나 지구 온난화가 인위적인 요소가 아닌, 단순히 태양의 자연 활동에 의해 발생했다는 것을 주장하는 세력은 주로 탄소 배출량 규제 완화로 인해 큰 이윤을 볼 수 있는 기업들에 의해 지원을 받는 몇몇 소수 유사과학자들의 주장에 불과하며, 2000년대에 들어서 이런 주장은 사실상 신빙성이 없는 주장으로 인식되고 있다.[198]

세계 지도에서 해양의 평균 온도가 2021년이 1956-1976년 대비 평균 0.5도에서 1도 상승했다. 대륙의 경우 1도에서 2도가 상승하였다. 북극은 4도 가까이 상승하였다.
1956-1976년 평균 대비 2011-2021년 10년 사이 평균 지상 기온 차이를 그린 지도.
1880년부터 2020년까지 기온 변화 그래프로, 자연적인 동인으로 인한 기온 변화는 최대 섭씨 0.3도이다. 인간 활동으로 인한 기온 변화는 1980년까지 100여년 동안 약 0.3도로 유지되다 1980년 이후 지난 40년간 0.8도 더 상승하여 1.1도를 기록하였다.
산업 혁명 이후 지구 표면 기온의 변화와 그 동인을 그린 그래프이다. 인간의 활동이 기온 상승을 일으켰고, 자연의 동인은 매우 미미하다.[1]:SPM-7
기후 변화는 대기 중에 있는 온실 기체 농도가 상승하며 가속된다. 온실 기체는 지구의 기후계에 열을 가둬버리는 온실 효과를 강화시킨다.[21]
과거 2,000년간의 온도 기록을 재구성한 그래프. 파랑 선은 나이테, 산호초, 북극 아이스 코어 등 간접적인 데이터를 이용해서 추정한 온도 기록이다.[31] 빨강 선은 온도계를 통해 직접적으로 관측한 온도 기록이다.[32]
1850-1900년에서 2010-2019년 사이 기후 변화를 일으킨 주요 요인의 온도 변화 영향력을 그린 그래프. 자연적인 내부 변동이나 태양, 화산 활동으로 인한 유의미한 영향은 없다.
아이스 코어(파랑/녹색)을 통한 추정 기온 기록과 직접 측정한 기온 기록(검정)을 통해 복원한 지난 80만년간의 이산화 탄소 농도 그래프.
세계 탄소 프로젝트가 추정한 1880년 이후 각 요인별 이산화 탄소 배출 증가량을 그린 그래프.
전 세계의 숲, 녹지 영역의 손실률은 2001년 이후 약 2배로 증가했으며, 매년 이탈리아의 전 국토 면적에 해당하는 숲이 사라지고 있다.[86]
해빙은 내려쬐는 일사량의 50-70%를 다시 반사하는 반면 그보다 어두운 색깔의 바다는 6%만 반사하므로 해빙이 녹는 것은 자기 강화 피드백(양성 피드백)에 속한다. 사진은 녹고 있는 북극의 해빙.[99]
CMIP6 다중 모델의 평균변화값을 기반으로 하여 1850-1900년 대비 특정 기온만큼 평균 기온이 상승할 경우 모델로 예측되는 전 지구상의 표면 온도의 변화 지도.
제6차 IPCC 평가 보고서에서 발간한, 농업과 생태계를 교란시킬 수 있는 토양 내 수분량 변화 예측 자료. 토양 내 수분량이 표준편차 1.0 단위로 감소한다는 말은 해당 지역의 평균 토양 수분량이 1850-1900년 사이에 9번째로 가장 건조했던 해의 수분량과 비슷하다는 의미이다.
투발루의 해변. 현재 투발루는 지구 온난화로 인한 해수면 상승으로 수몰 위기에 처해있다.[184]