Maa soojeneb, sest inimesed paiskavad atmosfääri kasvuhoonegaase. Seda nimetatakse kasvuhooneefektiks: päikesevalgus laseb maa pinnale soojeneda, maa kiirgab seejärel osa energiast tagasi õhku infrapuna-(soojus)kiirgusena, kuid kasvuhoonegaasid neelavad seda osa kiirgusest ja kiirgavad seda osa energiast taas tagasi pinna suunas — tulemuseks on keskmise temperatuuri tõus. Kasvuhoonegaas, mis põhjustab kõige rohkem soojenemist, on süsinikdioksiid (lühinimetus CO2) ja söe põletamine on üks suuremaid allikaid, mis seda atmosfääri paiskab. Kliimatundlikkus on mõiste, mis kirjeldab, kui palju soojeneb Maa, kui atmosfääri satub teatud kogus CO2.

Kliimatundlikkus tähenduse täpsemalt: sageli mõeldakse sellega seda, kui palju soojem oleks Maa, kui atmosfääris oleks kaks korda rohkem CO2 kui 1750. aastal, enne kui inimesed hakkasid palju kivisütt põletama. Teadlased arvavad, et pärast CO2 kahekordistumist atmosfääris jääb Maa pinnale 4 W/m2 rohkem energiat ja see soojendab Maad lõpuks umbes 3 °C võrra. Sellega püütakse kirjeldada nii‑öelda tasakaalutundlikkust (equilibrium climate sensitivity, ECS): lõplikku temperatuuri tõusu pärast uue tasakaalu saavutamist, kui kõik tagasisideprotsessid on täielikult avaldunud.

On kasulik eristada kahte mõistet:

  • Equilibrium Climate Sensitivity (ECS) — lõplik soojenemine pärast CO2 kahekordistumist (võib kesta sajandeid, kuna ookeanid hoiavad soojust).
  • Transient Climate Response (TCR) — ajutine soojenemine siis, kui CO2 kontsentratsioon tõuseb järk‑järgult (näiteks 1% aastas) ja jõuab kahekordistumiseni (tavapäraselt hinnatakse seda mõnekümne aastaga).

Miks see soojenemine ei ole üksnes CO2 „otsene“ efekt? Kliimatundlikkus sõltub ka tagasisidetest — protsessidest, mis kas soodustavad soojenemist (positiivsed tagasisided) või nõrgendavad seda (negatiivsed tagasisided). Peamised tagasisided on:

  • veeauru tagasiside: soojem õhk hoiab rohkem veeauru, mis on tugev kasvuhoonegaas — see on positiivne tagasiside;
  • jää‑ ja lumepeegeldus (albedo): soojenedes sulab jää ja lumi ning pind muutub tumedamaks, mis neelab rohkem päikeseenergiat — positiivne tagasiside;
  • pilved: nende mõju on keeruline ja sõltub pilvede kõrgusest, tüübist ja geograafiast — pilvetagasiside on üks suuremaid ebakindluse allikaid;
  • õhu temperatuuriprofiili ehk lapse‑sageduse (lapse rate) muutus: see võib toimida osaliselt negatiivse tagasisidena, kuid koos veeauruga on netomõju tavaliselt positiivne.

Teadlaste hinnangud kliimatundlikkusele ei ole ühe kindla numbri juures, kuid viimaste hindamiste järgi (IPCC aruannete põhjal) on tasakaalutundlikkuse keskmine hinnang umbes 3 °C kahekordse CO2 korral, tavapärases tõenäolikus vahemikus ligikaudu 2,5–4 °C. Ajutine reageering (TCR) on madalam, sest ookeanid neelavad osa soojusest ja aeglustavad pinnatemperatuuri tõusu.

Ajaskaala on oluline: isegi kui CO2 kontsentratsioon püsinuks kõrgena vaid mõnekümne aasta jooksul, kestab osa soojenemisest edasi, kuna ookeanid ja polaaralad reageerivad aeglaselt. Seetõttu väljendub osa praegusest heitmetest soojenemises alles tulevikus. Samuti mõjutavad lühiajalised tegurid (nt atmosfäärilised aerosoolid), kui kiiresti nähtav soojenemine tekib.

Praktiline tähendus: kui CO2 ja teised kasvuhoonegaasid jätkavad tõusu, tuleb tõenäoliselt arvestada mitu kraadi soojenemisega selle sajandi lõpuks võrreldes eelindustriaalse ajaga, sõltuvalt heitmete stsenaariumist ja täpsest kliimatundlikkusest. Ebakindlus tuleb peamiselt pilve‑ ja mõnede tagasisideprotsesside keerukusest, aga isegi konservatiivsete hinnangute korral on võimalikud suured muutused kliimasüsteemis — seetõttu on süsinikuheite vähendamine ja leevendustoimingud olulised riski vähendamiseks.