Un changement brutal du climat est défini comme un changement du système climatique planétaire, de grande ampleur et se déroulant sur une période de temps très courte du point de vue géologique et climatique (de quelques décennies, voire moins). Un tel changement cause d'importantes perturbations dans les systèmes naturels et causerait d'importantes perturbations sociales et économiques, éventuellement susceptibles de mettre l'humanité en péril.
thumb|290px|Une modification de la circulation thermohaline pourrait exacerber la brutalité de certains changements du climat, au moins localement et régionalement.
Enjeux et état de la connaissance au début du Un réchauffement brutal et catastrophique pouvant mettre l'humanité en péril à court terme est une hypothèse climatique qui a d'abord été présentée comme hautement spéculative et relevant de la science-fiction plus que d'une prospective sérieuse, avant de prendre de la consistance scientifique à partir du Sommet de Rio (), puis des difficultés d'application du protocole de Kyoto. Cette possibilité commence à être envisagées par les prospectivistes, notamment par le GIEC2007 Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) Fourth Assessment Report (AR4) sous l’égide de l’ONU, puis par un rapport universitaire de synthèse et d’évaluationRésumé (en anglais) du rapport Abrupt Climate Change car des changements importants et brutaux peuvent mettre en péril tout ou partie de l’humanité, de la biodiversité ou les capacités des sociétés et des écosystèmes à s’adapter. La grande presse s'en est peu à peu fait l'écho, avec par exemple en France un éditorial du Monde du , évoquant les négociations internationales sur le climat « plus difficile que celle sur le désarmement nucléaire », et mettant en jeu « l'avenir de l’humanité ».
Les nouvelles projections d’augmentation du niveau des mers, pour la fin du dépassent les projections présentées dans le rapport AR4 du GIEC (0,28 ± 0,10 m à 0,42 ± 0,16 m de montée), mais aucune certitude n’est possible.
On n’a pas encore non plus de preuve de fortes modifications anthropiques des précipitations en Amérique du Nord, mais avec les progrès des modèles et l’absence d’amélioration suffisante des émissions de gaz à effet de serre, les prévisions sont plus pessimistes que lors des premiers rapports du GIEC, en particulier concernant le risque de canicules et sécheresses estivales sévères et persistantes, phénomène peut-être déjà amorcé, mais qu’on ne pourrait pas encore distinguer de la variabilité naturelle des hydroclimats dans le sud-ouest de l'Amérique du Nord.
Impacts d'un changement brutal du climat thumb|250px|right|Image satellitale (composite) de l’Ouest de l’Antarctique, l’une des régions les plus sensibles à la fonte des glaces polaires au sud Ils seraient notamment liés aux phénomènes suivants : la fonte rapide de glaciers et des calottes glaciaires, induisant une montée du niveau de la mer et des problèmes hydriques ; un changement général et radical des cycles hydrologiques et des climats locaux ; un changement brusque de la circulation des masses d’eau et d’air chauds et froids, avec perturbation des couches d'eau salée ; exacerbation du réchauffement (si le choc climatique ne va pas dans le sens d’un refroidissement), par les incendies de forêts et surtout via la libération rapide dans l'atmosphère d’hydrates de méthane à partir du pergélisol et des fonds littoraux ; risques éco-épidémiologiques associés ; les changements de zones climatiques permettent à des microbes de coloniser des zones où leurs hôtes n’ont pas acquis d’immunité naturelle ; augmentation du risque de catastrophe naturelle (inondations, sécheresses, incendies, maladies, voire tremblements de terre ou tsunami à la suite d'un rééquilibrage eustatique (somme de rééquilibrages des contraintes tectoniques induits par les changements de répartition des masses (glaces et mer) pesant sur la croûte terrestre. … et par suite augmentation des risques sanitaires, technologiques et industriels augmentation des risques de crises sociales (brusques afflux de réfugiés, déplacement des zones de culture et d’urbanisation, etc. problèmes de ressources halieutiques liées notamment aux modifications de salinité, de température et de la circulation thermohaline, etc.
Causes possibles d'un changement climatique brusque Dans le passé La majorité des extinctions passées semble due à des variations climatiques brutales.
Les données paléoécologiques et paléoclimatiques disponibles laissent penser que l’élément causal des fluctuations très brutales du climat semble dans le passé avoir été un aléa naturel.
On en connaît différents types : Aléa extra-planétaire : Par exemple, la chute de la météorite du Chicxulub est souvent évoquée comme cause initiale de l'effondrement de la biodiversité à la fin du Crétacé, mais il semble (Courtillot, 2004) que des éruptions volcaniques (induites ou indépendantes de chocs météoritiques) qui ont laissé des trapps (dans le Deccan, Éthiopie) gigantesques, ont le plus drastiquement perturbé le climat durant des centaines d'années à une vitesse dépassant la cadence des adaptations évolutives possibles des espèces. En particulier, la crise des trapps de Sibérie est associée à l'hécatombe du permien. Volcanisme : Des perturbations significatives et mesurables ont suivi l'éruption du Pinatubo en 1991 et en 1783 -1784, celle du Laki (éruption islandaise dont le nuage a laissé une trace dans les registres de mortalité d'Europe (Courtillot, 2005). En 1815, l'éruption du Tambora a également eu des conséquences climatiques mondiales, avec de fortes perturbations en 1816. Un phénomène volcanique de grande ampleur pourrait avoir des conséquences bien plus importantes et durables. Des tremblements de terre et tsunamis pourraient peut-être devenir plus fréquents et importants en cas de réchauffement ou refroidissement brutal, à la suite du rééquilibrage eustatique induit par les changements de masses des glaciers polaires et des masses d’eau (lacs, mers…). Fonte des hydrates de méthane : un dégel massif des hydrates de méthane serait la cause majeure de l'extinction Permien-Trias il y a 250 millions d'années (Heydari, 2008 ; Brand, 2016), et la cause du réchauffement de la Terre boule de neige il y a 630 millions d'années (Kennedy, 2008). Le réchauffement climatique actuel pourrait causer une fonte partielle des hydrates de méthane du pergélisol et des fonds marins, causant un relargage massif de méthane dans l'atmosphère entraînant un emballement du réchauffement climatique (hypothèse du fusil à clathrates) : « Si la totalité du carbone emprisonné dans le pergélisol venait à être relâchée, cela pourrait avoir des conséquences dramatiques pour le réchauffement climatique », explique Florent Dominé qui évoque une augmentation de 5 à 8 °C de la température d’ici à 2100, dans un dossier du CNRS.
Prospective de court et moyen terme Dans les années 1980-1990, les risques de ce type imaginés pour le futur étaient ceux liés aux conséquences d’une grande guerre nucléaire, ou du volcanisme. Ces risques étaient associés à un refroidissement brutal dit hiver nucléaire, concept développé alors que les tensions liées à la guerre froide étaient encore vives, dans une étudeL'hiver nucléaire, Richard Turco, Owen Toon, Thomas Ackerman, James Pollack, Carl Sagan, La paix surarmée, Belin, 1987 commandée à 5 chercheurs réputés, sur les effets d’une guerre nucléaire. Leur conclusion, publiée dans Science en , dans un article intitulé Global Atmospheric Consequences of Nuclear War, était que les aérosols et poussières produites par des bombes de 100 mégatonnes sur 100 villes suffiraient à assez opacifier l'atmosphère pour que la photosynthèse soit rendue en quelques heures impossible, et qu'une mortalité massive des plantes entraîne un effondrement en chaine des écosystèmes, en menaçant la survie de tous les humains. Sur la base des impacts des éruptions volcaniques récentes, l'étude estimait que la température moyenne chuterait de 5 à 15 °C. Cet article a influencé Mikhaïl Gorbatchev et de nombreux élus qui ont alors cherché à mettre en place un processus de désarmement nucléaire.
Depuis la fin des années 1990, certains experts n’excluent plus un changement brutal inverse ; un réchauffement induit par des émissions massives de gaz à effet de serre qui ne diminuent pas aussi vite que ce que les scénarios moyens et engagements avaient prévu.
Les récentes évolutions, rapides, de fonte des bords de l'ouest de l'Antarctique et des glaces de l'inlandsis groenlandais, l’état des mers et des coraux, l’avancée de la désertification et de la déforestation inquiètent les experts et semblent donner raison aux pires scénarios du GIECC. Ces phénomènes se sont accélérés depuis 20 ans, dépassant les premières prévisions les plus pessimistes des années 1990. La génération actuelle des modèles n’est néanmoins pas encore assez performante pour correctement saisir ces processus et anticiper sur leurs impacts. On ignore donc la part d’un éventuel début de déséquilibre grave qui pourrait conduire à un brutal réchauffement au , et celle de déséquilibres de courte ou moyenne durée qui ne seraient que des ajustements naturels aux récents changements climatiques.
Des effets synergiques et aggravants sont possibles et probables. Et ils risquent de s’exprimer plus intensément et plus fréquemment dans un climat plus chaud. Mais on ne sait pas aujourd'hui prévoir leur ampleur et la mise en œuvre du principe de précaution s’avère difficile dans ce domaine.
Le méthane : Une brutale hausse des teneurs de l'air en méthane, à partir de la fonte des clathrates est envisagée par certains experts : elle contribuerait a priori, en un cycle auto-entretenu, à un réchauffement brutalement accéléré ; une augmentation des incendies de forêt et de l’érosion des sols (turbidité de l’eau, zones mortes, dégradation des estuaires…) pourrait conjointement aggraver la situation en termes de teneur de l’air en GES ; les modèles disponibles en 2009 ne sont pas encore très précis, et on connaît encore mal le stock de clathrates (les estimations varient d’un facteur 1 à 10), et le cycle biologique du méthane (bactéries méthanotrophes en particulier..) est également mal connu. Mais des modèles récents suggèrent un doublement possible des émissions de CH4 aux hautes latitudes (autour des pôles), or ce CH4 a une durée de vie plus courte que le CO2 contribue au réchauffement 21 fois plus que le CO2 ; ni la modélisation, ni les analyses isotopique des carottes de glaces polaires n’indiquent que des quantités très importantes d’hydrates de méthane aient brusquement été libérées dans l’air depuis ans. Il n'y a pas d'indices forts d'émissions en cours ou pour un très proche avenir. Il semble y avoir eu une crise de ce type à la limite Paléocène-Éocène, il y a environ 56 millions d'annéeshttp://www.stratigraphy.org/ICSchart/ChronostratChart2015-01.pdf, mais l'hypothèse doit encore être confirmée.
Si le risque de libération catastrophique de méthane dans l'atmosphère lors du prochain siècle semblait jusqu'à récemment (autour de 2010) très peu probable. Les modèles actuels suggèrent un doublement des émissions lors du prochain siècle, mais ils sont a priori encore peu réalistes, tant les incertitudes concernant le méthane sont nombreuses. Une augmentation rapide ne peut être écartée ni affirmée. L’accélération de la fonte d'hydrates de méthane est probable et admise, mais son ampleur reste difficile à estimer. Avant cela reste à traiter le problème du méthane émis par les bassins miniers, les décharges, les égouts, les estuaires dégradés, etc.