Những nhân tố có thể làm cho sự biến đổi khí hậu xuất hiện là thay đổi bức xạ khí quyển, bao gồm các quá trình như biến đổi bức xạ mặt trời, độ lệch quỹ đạo của Trái Đất, quá trình kiến tạo núi, kiến tạo trôi dạt lục địa và sự thay đổi nồng độ khí nhà kính. Nhiều phản ứng khác nhau của môi trường về biến đổi khí hậu có thể tăng cường hoặc giảm bớt các biến đổi ban đầu. Một số thành phần của hệ thống khí hậu, chẳng hạn như các đại dương và chỏm băng, phản ứng chậm với biến đổi bức xạ mặt trời vì khối lượng lớn. Do đó, hệ thống khí hậu có thể mất hàng thế kỷ hoặc lâu hơn để phản ứng hoàn toàn với những biến đổi từ bên ngoài.

Cơ chế ảnh hưởng từ bên trong

Thay đổi ở đại dương

Đại dương là một nền tảng của hệ thống khí hậu. Những dao động ngắn hạn (vài năm đến vài thập niên) như El Niño, dao động thập kỷ Thái Bình Dương (Pacific decadal oscillation), và dao động bắc Đại Tây Dương (North Atlantic Installation), và dao động Bắc Cực (Arctic oscillation), thể hiện khả năng dao động hậu hơn là thay đổi khí hậu. Trong khoảng thời gian dài hơn, những thay đổi đối với các quá trình diễn ra trong đại dương như hoàn lưu muối nhiệt đóng vai trò quan trọng trong sự tái phân bố nhiệt trong đại dương trên thế giới.

Cơ chế ảnh hưởng từ bên ngoài

Thay đổi quỹ đạo

Những biến đổi nhỏ về quỹ đạo Trái Đất gây ra những thay đổi về sự phân bố năng lượng mặt trời theo mùa trên bề mặt Trái Đất và cách nó được phân bố trên toàn cầu. Đó là những thay đổi rất nhỏ theo năng lượng mặt trời trung bình hàng năm trên một đơn vị diện tích; nhưng nó có thể gây biến đổi mạnh mẽ về sự phân bố các mùa và địa lý. Có 3 kiểu thay đổi quỹ đạo là thay đổi quỹ đạo lệch tâm của Trái Đất, thay đổi trục quay, và tiến động của trục Trái Đất. Kết hợp các yếu tố trên, chúng tạo ra các chu kỳ Milankovitch, là các yếu tố ảnh hưởng mạnh mẽ đến khí hậu và mối tương quan của chúng với các chu kỳ băng hà và gian băng,[4] quan hệ của chúng với sự phát triển và thoái lui của Sahara,[4] và đối với sự xuất hiện của chúng trong các địa tầng.[5]

Hiện tượng núi lửa

Núi lửa là một quá trình vận chuyển vật chất từ vỏ và lớp phủ của Trái Đất lên bề mặt của nó. Phun trào núi lửa, mạch nước phun, và suối nước nóng, là những ví dụ của các quá trình đó giải phóng khí núi lửa và hoặc các hạt bụi vào khí quyển.

Phun trào đủ lớn để ảnh hưởng đến khí hậu xảy ra trên một số lần trung bình mỗi thế kỷ, và gây ra làm mát (bằng một phần ngăn chặn sự lây truyền của bức xạ mặt trời đến bề mặt Trái Đất) trong thời gian một vài năm. Các vụ phun trào của núi lửa Pinatubo vào năm 1991, là vụ phun trào núi lửa lớn thứ hai trên mặt đất của thế kỷ XX [6] (sau vụ phun trào năm 1912 của núi lửa Novarupta[7]) ảnh hưởng đến khí hậu đáng kể. Nhiệt độ toàn cầu giảm khoảng 0,5 °C (0.9 °F). Vụ phun trào của núi Tambora năm 1815 đã khiến không có một mùa hè trong một năm.[8] Phần lớn các vụ phun trào lớn hơn xảy ra chỉ một vài lần mỗi trăm triệu năm, nhưng có thể gây ra sự ấm lên toàn cầu và tuyệt chủng hàng loạt.[9]

Núi lửa cũng là một phần của chu kỳ carbon mở rộng. Trong khoảng thời gian rất dài (địa chất), chúng giải phóng khí cacbonic từ lớp vỏ Trái Đất và lớp phủ, chống lại sự hấp thu của đá trầm tích và bồn địa chất khác dioxide carbon. Cục Khảo sát Địa chất Hoa Kỳ ước tính rằng các hoạt động của con người tạo ra nhiều hơn 100-300 lần số lượng khí carbon dioxide phát ra từ núi lửa.[10]

Kiến tạo mảng

Qua hàng triệu năm, sự chuyển động của các mảng làm tái sắp xếp các lục địa và đại dương trên toàn cầu đồng thời hình thành lên địa hình bề mặt. Đều này có thể ảnh hưởng đến các kiểu khí hậu khu vực và toàn cầu cũng như các dòng tuần hoàn khí quyển-đại dương.[11]

Vị trí của các lục địa tạo nên hình dạng của các đại dương và tác động đến các kiểu dòng chảy trong đại dương. Vị trí của các biển đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát sự truyền nhiệt và độ ẩm trên toàn cầu và hình thành nên khí hậu toàn cầu. Một ví dụ về ảnh hưởng của kiến tạo đến sự tuần hoàn trong đại dương là sự hình thành eo đất Panama cách đây khoảng 5 triệu năm, đã làm dừng sự trộn lẫn trực tiếp giữa Đại Tây Dương và Thái Bình Dương. Đều này có ảnh hưởng rất mạnh mẽ đến các chế độ động lực học của đại dương của hải lưu Gulf Stream và đã làm cho bắc bán cầu bị phủ băng.[12][13] Trong suốt kỷ Cacbon, khoảng 300 đến 365 triệu năm trước, hoạt động kiến tạo mảng có thể đã làm tích trữ một lượng lớn cacbon và làm tăng băng hà.[14] Các dấu hiệu địa chất cho thấy những kiểu tuần hoàn "gió mùa lớn" (megamonsoonal) trong suốt thời gian tồn tại của siêu lục địa Pangaea, và từ mô hình khí hậu người ta cho rằng sự tồn tại của siêu lục địa đã dẫn đến việc hình thành gió mùa.[15]

Tác động từ con người

Trong hoàn cảnh biến đổi khí hậu, các yếu tố nhân sinh cũng ảnh hưởng đến khí hậu. Quan điểm khoa học về biến đổi khí hậu được nhiều người đồng ý là "khí hậu đang thay đổi và những thay đổi này một phần lớn do tác động của con người."[16]Do đó, các cuộc thảo luận đang hướng vào 2 cách, một là giảm tác động của con người và tìm cách thích nghi với sự biến đổi đã từng xảy ra trong quá khứ[17] và được dự kiến xảy ra trong tương lai.[18]

Vấn đề được quan tâm nhất trong yếu tố nhân sinh là việc tăng thêm lượng khí CO2 do đốt nhiên liệu hóa thạch, tạo thành các sol khí tồn tại trong khí quyển và sản xuất xi măng. Các yếu tố khác như sử dụng đất, sự suy giảm ôzôn[19] và phá rừng, cũng góp phần quan trọng làm ảnh hưởng đến khí hậu, vi khí hậu.