Вулканічні виверження. У результаті вивержень в атмосферу викидаються значні обсяги зважених часток -і аерозолей, вони розносяться тропосферними і стратосферними вітрами і не пропускають частину вхідної сонячної радіації. Однак ці зміни не є довгостроковими, частки відносно швидко осідають. Так велике виверження вулкана Санторіні в Середземному морі близько 1600 р. до н.е. яке, імовірно, привело до падіння Мінойскої імперії, значно остудило атмосферу, що видно по кільцях річного росту дерев. Виверження вулкана Тамбора в Індонезії в 1815 р. знизило середню глобальну температуру на 30°С. У наступний рік і в Європі й у Північній Америці літа “не було”, але за кілька років усе виправилося. У результаті виверження вулкана Пенатубо в 1991 р. на Філіппінах на висоту 35 км було закинуто стільки попелу, що середній рівень сонячної радіації знизився на 2,5 Вт/м2, що відповідає глобальному охолодженню що найменше на 0,5-0,7°С. Однак незважаючи на це, останнє десятиліття ХХ століття стало самим теплим за весь період спостережень. Відмітимо, що важливим є не сила виверження і не кількість викинутого попелу, а те, скільки його було закинуто на велику висоту, на 10 і більш км, тому що саме це визначає радіаційний ефект від виверження.
Сонячний цикл і орбіта Землі. Інтенсивність сонячної радіації міняється, хоча й у відносно невеликих межах. Прямі виміри інтенсивності сонячного випромінювання існують тільки за останні 25 років, але є непрямі параметри, зокрема активність сонячних плям, що давно використовується для оцінки інтенсивності сонячної радіації. Крім зміни потоку від Сонця, Земля одержує різну кількість енергії в залежності від положення її еліптичної орбіти, що має коливання. Протягом останнього мільйона років льодовикові і межльодовикові періоди мінялися в залежності від положення орбіти нашої планети. Менші коливання орбіти спостерігалися в останні 10 тисяч років і клімат став відносно стабільним. Однак у будь-якому випадку коливання орбіти – явище достатнє інерційне, воно принципово важливо в тисячолітньому масштабі часу, у той час як антропогенний вплив на клімат має набагато більш короткий часовий масштаб.
Антропогенні причини. До антропогенних причин відноситься, насамперед, підвищення концентрації в атмосфері парникових газів, в основному СО2, що утворюється при спалюванні викопного палива. Інші причини – викид аерозольних часток, зведення лісів, урбанізація і т.п.
Баланс сонячної і довгохвильової радіації. У цілому вхідна сонячна радіація (342 Вт/м2) дорівнює відбитій радіації (107 Вт/м2) плюс вихідна від Землі довгохвильова радіація (235 Вт/м2). Один по одному величина порушення, викликаного антропогенною діяльністю складає менш 3 Вт/м2 або менш 1% від загального балансу. На радіаційні потоки великий вплив може робити антропогенна зміна поверхні, що підстилає, зміна альбедо через зведення лісів, танення сніжного покриву і т.п.
Ріст концентрації в атмосфері парникових газів. Концентрація парникових газів (вуглекислого газу, метану, закису азоту) зростала протягом ХХ століття і зараз цей ріст продовжується з усе більшою швидкістю. Концентрація СО2зросла з 280 ppm (частин на мільйон) у 1750 р. до 370 ppm у 2000 році. Вважається, що в 2100 р. концентрація СО2 буде в межах від 540 до 970 ppm, в основному, у залежності від того, як буде розвиватися світова енергетика. Парникові гази відрізняються великим терміном перебування в атмосфері. Половина усіх викидів СО2 залишається в атмосфері 50-200 років, у той час як друга половина поглинається океаном, сушею і рослинністю. При цьому основна роль належить океанові, за деякими оцінками, приблизно 80% поглинання СО2 і “виробництва” кисню приходиться на фітопланктон. Парниковий ефект від різних газів можна привести до “загального знаменника”, що виражає те, у скількох разів більший ефект дає 1 тонна того або іншого газу, чим 1 тонна СО2. Для метану перекладний коефіцієнт дорівнює 21, для закису азоту 310, а для деяких фторвмісних газів кілька тисяч. Однак, хоча концентрація метану виросла приблизно в 2,5 рази, це набагато менше, ніж зміна концентрації СО2. Оцінки показують, що саме з СО2 зв'язане приблизно 80% антропогенного парникового ефекту, у той час як метан дає 18-19%, а всі інші гази -і 1-2%. Тому в багатьох випадках, говорячи про антропогенний парниковий ефект, мають на увазі саме СО2. Помітимо, що водяна пара – головний парниковий газ планети -і вносить у парниковий ефект внесок, у цілому ще більший, ніж СО2. Однак зміна його концентрації в атмосфері поки не зареєстровано (ні антропогенних, ні природних). Парникові гази також добре перемішуються в атмосфері. У результаті парниковий ефект не залежить від місця конкретного викиду СО2 або інших газів. Фактично будь-який локальний викид робить тільки глобальна дія і вже глобальний ефект породжує вторинні ефекти, що позначаються на кліматі того або іншого конкретного місця.
Аэрозолі – дрібні частки, розміром ~ десятих часток мікрона, що знаходяться в атмосфері в зваженому стані. Вони утворюються в результаті хімічних реакцій між газоподібними забруднюючими речовинами, від лісових пожеж, сільськогосподарської діяльності, від викидів підприємств і транспорту. Аэрозолі роблять нижні шари тропосфери (до 10 км) більш мутними і розсіюють світло, що знижує температуру приземного шару атмосфери. Крім того, аэрозолі підсилюють хмарний покрив, що також приводить до охолодження. Звичайно аэрозолі знаходяться в атмосфері недовго, при наявності опадів, наприклад, біля тижня. Тому дія аэрозолей досить локально.
Зміни в землекористуванні й урбанізація. За останні 150-250 років через зміни в землекористуванні значно скоротилася кількість біомаси і ґрунтового вуглецю, а, виходить, і запас вуглецю в наземних экосистемах у цілому. У результаті в атмосферу надійшло велику кількість СО2. Різко скоротилася площа лісів, насамперед, у тропіках. Випас усе більшої кількості худоби в країнах, що розвиваються, особливо, в Африці, привів до деградації пасовищ. Усе це вплинуло не тільки на місцевий клімат, але і внесло свій негативний внесок у глобальні процеси. Для багатьох територій погроза опустелювання, зв'язана з локальними явищами (вирубка лісів, виснаження запасів підземних вод, надмірний випас худоби і т.п.) підсилюється наслідками глобальної зміни клімату (наприклад, більшою частотою посух, зливовим характером опадів, що випадають,). Сприяла зміні клімату й урбанізація. Зараз у містах живе приблизно половина населення планети. Місто з населенням у 1 мільйон чоловік у день “робить” 25 тис. тонн СО2 і 300 тис. тонн стічних вод. Крім цього, у великих містах температура повітря вище на кілька градусів через велику кількість “гарячих” об'єктів: будинків, машин, і т.п. У розвитих країнах, що знаходяться в теплому кліматі, на кондиціонування повітря витрачається більше енергії, чим на опалення. Тобто боротьба з потепленням за допомогою кондиціонерів приводить до ще більшого потеплення.