thumb|280px|Maapallon keskimääräisen pintalämpötilan muutos aikavälillä 1880–2023. Vuosien 1951–1980 keskiarvo on kuvaajan arvossa nolla. Ilmaston lämpenemisellä tarkoitetaan viime vuosikymmeninä tapahtunutta maapallon alailmakehän eli troposfäärin sekä merien pintakerroksen keskilämpötilan nousua ja nousun arvioitua jatkumista. Ilmastonmuutoksen vaikutuksesta esimerkiksi monet jäätiköt sulavat, kasvillisuus ja eläinlajisto muuttuvat, aavikot kasvavat, merenpinta nousee ja sään ääri-ilmiöt, kuten helleaallot, myrskyt, tulvat, hurrikaanit ja metsäpalot yleistyvät. Yleisessä keskustelussa ilmiöstä käytetään myös termiä ilmastonmuutos, mutta ilmastonmuutoksia on ollut maapallon historiassa lukuisia. Maapallon ilmasto on lämmennyt 1,1 celsiusastetta 1800-luvun lopun esiteollisesta ajasta vuoteen 2020. Hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin IPCC:n mukaan ihmisten toiminnasta syntyneet kasvihuonekaasut, erityisesti hiilidioksidi, ovat aiheuttaneet lähes kaiken tämän lämpenemisen. Lämpeneminen on kiihtynyt viime vuosikymmenten aikana. IPCC esitti jo loppuvuonna 1995 pidetyssä kokouksessa, että maapallon keskilämpötila nousee silloisesta 1,5–3 °C vuoteen 2100 mennessä.Uutiskatsaus. Mitä Missä Milloin 1997 s. 37. Otava 1996
thumb|280px|Video pintalämpötilan muutoksesta maapallolla ajanjaksojen 1880–1884 ja 2013–2017 välillä. Värit keltaisesta punaiseen kuvaavat lämpötilan nousua ja värit vaaleansinisestä tummansiniseen lämpötilan laskua. Vertailulämpötila on vuosien 1951–1980 keskiarvo.
Ilmaston lämpeneminen johtuu ennen kaikkea fossiilisten polttoaineiden käytöstä liikenteessä ja energiantuotannossa sekä maataloudesta, koska ne tuottavat paljon auringon lämpösäteilyä absorboivia kasvihuonekaasuja, kuten hiilidioksidia, typpioksidia ja metaania. Suuri merkitys on myös metsien ja muiden hiilinielujen ja -varastojen häviämisellä, koska tällöin kasvillisuus sitoo vähemmän ilmakehän hiiltä. Globaali metsäkato on aiheuttanut noin kymmenen prosenttia ilmaston lämpenemisestä.
IEA arvioi vuonna 2023, että ilman lisätoimia ilmasto lämpenee 2.4 astetta vuosisadan loppuun mennessä verrattuna esiteolliseen aikaan.
Maailmanlaajuisella lämpötilojen nousulla on monia vaikutuksia, kuten merenpinnan nousu ja sademäärien muutokset. Äärimmäiset sääilmiöt, kuten helleaallot, rankkasateet, kuivuus ja myrskyt ovat yleistyneet ja voimistuneet, mikä on lisännyt ihmisten kuolleisuutta ja ilmastopakolaisuutta. Hurrikaanien voimakkuus ja niiden aiheuttamat tuhot ovat lisääntyneet. Voimakkaiden hurrikaanien frekvenssi on kasvanut, mutta pienempien määrästä ei ole selvyyttä. Metsäpalojen määrä ja voimakkuus ovat monilla alueilla jopa tuplaantuneet 20 vuodessa. Jäätiköt ovat sulaneet ja monet eläinlajit kuolleet sukupuuttoon. Ilmaston lämpeneminen on aiheuttanut taloudellisia vahinkoja maanviljelykselle, metsille, kalastukselle ja turismille.
Ilmasto ei tule lämpenemään tasaisesti eri puolilla planeettaa. Lukuisten takaisinkytkentöjen yhteisvaikutuksen ennustamisen vaikeus hankaloittaa kuitenkin maantieteellisten ennusteiden laatimista.
Ilmaston lämpenemisestä käytävä julkinen keskustelu käsittelee ilmastonmuutoksen hillitsemiseen ja sopeutumiseen liittyviä toimenpiteitä ja kustannuksia. Suurin osa maailman valtioista on ratifioinut Pariisin ilmastosopimuksen, jonka tavoitteena on kasvihuonepäästöjen rajoittaminen niin, että maapallon keskilämpötilan nousu jäisi selvästi alle kahden asteen.
IPCC:n raporttien, mm. vuoden 2014 raportin (AR5) mukaan eri menetelmin ja eri oletuksin tehdyt tutkimukset ovat päätyneet samaan johtopäätökseen: ilmastonmuutoksen kokonaisvaikutukset ovat erittäin mittavia niin ihmisen hyvinvointiin, talouskasvuun, maatalouteen ja muihin elinkeinoihin, luonnon ekosysteemeihin kuin luonnon tuottamiin ekosysteemipalveluihin. Maailman ilmatieteen järjestön entisen pääsihteeri Petteri Taalaksen mukaan on silti halvempaa torjua ilmastonmuutosta kuin sietää se. Ilmastonmuutokseen sopeutuminen on erittäin kallista. Tärkeintä on päästä eroon fossiilisista polttoaineista: kun voimala tai auto vanhenee, se voidaan korvata päästöttömällä. Uusiutuva energia, kuten tuuli- ja aurinkovoima, ydinvoima sekä sähköinen liikenne ovat avainasemassa. Myös hiilinielujen suojelu on välttämätöntä.
Käsitteistö 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.IPCC AR4, Osa 1
Syyt pienoiskuva|Maailman kasvihuonekaasupäästöt 1970–2020, gigatonnia hiilidioksidiekvivalenttia vuodessa: 1) CO2 fossiilisista polttoaineista ja teollisuudesta, 2) CO2 maankäytön muutoksista, ja 3) muut kasvihuonekaasut.
Ihmisen toiminta on johtanut ilmastoa lämmittävien kasvihuonekaasujen pitoisuuksien kohoamiseen ilmakehässä. Kaasupitoisuuden kasvu vähentää maapallolta avaruuteen poistuvan lämpösäteilyn määrää. Tästä aiheutuu positiivinen eli lämmittävä säteilypakote. Nevanlinna 2008, s. 57. Ihmisen vaikutus on havaittavissa selvimmin 1900-luvun puolivälin jälkeen.
US National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) mukaan kesäkuut 1998, 2015, 2016 ja 2017 olivat neljä mittaushistorian lämpimintä. Lämpimyys on selitettävissä vain ihmisen ilmakehää lämmittävällä vaikutuksella etenkin fossiilisista polttoaineista. Vuonna 2017 maapallon luonnonsyklin La Niña laski lämpötiloja.
Kasvihuonekaasut ilmakehässä
thumb|Hiilidioksidipitoisuudet viimeisten 400 000 vuoden ajalta ja teollisen vallankumouksen jälkeinen nopea nousu. 100 000 vuoden jääkausisyklin uskotaan johtuvan Milankovićin jaksoina tunnetuista maan kiertoradassa tapahtuneista muutoksista. pienoiskuva|Keelingin käyrä, joka osoittaa ilmakehän hiilidioksidin (CO2) pitoisuuden muutokset vuosina 1958–2022. Kuukausittaiset hiilidioksidin pitoisuusmittaukset näyttävät pientä vuodenaikojen mukaan tapahtuvaa oskillaatiota eli heilahdusvaihtelua, jonka huippukohta on pohjoisen pallonpuoliskon myöhäiskevään aikaan. CO2-pitoisuudet laskevat kasvukauden aikana, kun kasvillisuus sitoo hiilidioksidia ilmakehästä.
Joseph Fourier havaitsi kasvihuoneilmiön 1824. Svante Arrhenius esitti vuonna 1896 teorian, että ihmiskunnan toiminta voimistaa kasvihuoneilmiötä. Kasvihuoneilmiö on prosessi, jossa tietyt ilmakehän kaasut säteilevät ja imevät itseensä infrapuna- eli lämpösäteilyä lämmittäen maan ilmakehää ja pintaa. Kasvihuonekaasujen lämmittävä vaikutus perustuu siihen, että ne päästävät lävitseen auringon lyhytaaltoista säteilyä, mutta absorboivat eli imevät itseensä auringosta kohti maahan tulevaa ja maasta takaisin avaruuteen heijastuvaa pitkäaaltoista lämpösäteilyä. Kasvihuonekaasut, kuten hiilidioksidi, metaani ja vesihöyry absorboivat pitkäaaltoista infrapuna- eli lämpösäteilyä avaruudellisen rakenteensa takia, kun säteily tietyllä aallonpituudella kulkeva fotoni kulkeutuu molekyylin, esimerkiksi hiilidioksidin hiili- ja happiatomien väliin, jossa atomien sähkömagneettinen vuorovaikutus absorboi fotonin energian ja saa molekyyleissä olevat atomit värähtelemään. Molekyylien absorboima energia nostaa lämpötilaa, koska se saa aikaan liikettä eli lämpöä.
Kasvihuonekaasut luovat luonnollisen kasvihuoneilmiön, jota ilman maan keskilämpötila olisi yli 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:ssa. Kasvihuonekaasupitoisuuksien kasvun myötä kasvihuoneilmiö voimistuu aiheuttaen lämpötilojen nousua.
Merkittävin kasvihuonekaasvu on vesihöyry, joka aiheuttaa noin 36–70 prosenttia kasvihuoneilmiöstä (pilviä lukuun ottamatta). Hiilidioksidi (CO2) aiheuttaa noin 9–26 prosenttia kasvihuoneilmiöstä, metaani (CH4) 4–9 prosenttia ja alailmakehän otsoni 3–7 prosenttia. Vesihöyryn määrä ilmakehässä riippuu haihtumisesta ja sateesta, joten ihmisen tuottama vesihöyry ei käytännössä pysty lisäämään sen kokonaismäärää. Sen sijaan hiilidioksidin ja metaanin määrät riippuvat ihmisen aiheuttamista päästöistä. Hiilidioksidipitoisuus ilmakehässä on noussut 47 prosenttia ja metaanipitoisuus 156 prosenttia verrattuna esiteolliseen aikaan. Kasvihuonekaasujen määrät ovat 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.
Vuonna 2023 ilmakehän hiilidioksidipitoisuus oli keskimäärin 419 ppm, mikä on 50 prosenttia korkeampi kuin ennen teollista vallankumousta. Vertailuksi vuoksi; vuonna 2009 pitoisuus oli noin 384 ppm ja vuonna 1999 pitoisuus oli noin 365 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 CO2-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.
Merenpohjan sedimenteistä ja kasvien fossiileista tehtyjen mittausten perusteella on voitu arvioida, että esimerkiksi 150–200 miljoonaa vuotta sitten hiilidioksidin pitoisuus oli 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 68 prosenttia ihmisen aiheuttamista hiilidioksidipäästöistä vuosina 1750–2011 johtuu fossiilisten polttoaineiden käytöstä ja sementin tuotannosta. Loput 32 prosenttia ihmisperäisistä päästöistä 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.Tropical Land-Use Change Emissions—Smaller, but Still Very Significant. Carlos A. Nobre. 02/18/2010. http://blogs.worldbank.org/climatechange/tropical-land-use-change-emissions-smaller-still-very-significant Toisaalta biomassan poltossa syntyy myös pienhiukkaspäästöjä, joilla arvioidaan olevan ilmakehää viilentävä nettovaikutus.
Palautekytkennät Ilmastoon suoraan lämmittävästi vaikuttavilla pakotetekijöillä, kuten kasvihuonekaasujen lisääntyneillä pitoisuuksilla, voi olla seurannaisvaikutuksia eli palautekytkentöjä, jotka monimutkaistavat pakotetekijöiden vaikutuksia ilmastoon. Positiivisista palautekytkennöistä, kuten Siperian turvesoiden ikiroudan sulamisesta, aiheutuvat mahdollisesti jopa 70 000 miljoonan tonnin metaanipäästöt, jotka voivat johtaa merkittäviin lisäyksiin sellaisten kasvihuonepäästöjen lähteissä, joita ei ole otettu huomioon IPCC:n ilmastomalleissa.