北極圏気候変動（ほっきょくけんきこうへんどう、）により、この極地地域は2050年までに「大きく異なる」ものになると予測されている。 変化の速度は世界で最も高いレベルの一つであり、温暖化速度は地球平均の3～4倍に達している。 この温暖化はすでに顕著な北極海氷の減少・グリーンランド氷床と永久凍土の融解を引き起こし、これらの変化は今後何世紀あるいは何千年にもわたって不可逆的であると予測されている。2024年の研究によると、北極海は2020年代後半から2030年代初頭の9月に、過去70万年間で初めて氷のない状態になるという。
概要 北極圏気候変動の影響は非常に大きい。ツンドラが温暖化するとその土壌はミミズや大型植物にとってより住みやすい環境となり タイガが北へと広がる。これにより山火事が発生しやすくなり、いったん発生すると他の地域より回復に時間がかかる。北極海では、海水温の上昇と海氷の減少による日照の増加が植物プランクトンの繁殖に有利となり、海洋一次生産が大幅に増加している 。また北極海は地球上の他の海洋よりもアルカリ度が低いため、二酸化炭素濃度の上昇による海洋酸性化の影響がより深刻であり、翼足類（プテロポッド）などの一部の動物プランクトンにとって脅威となっている。
北極海では冬に海氷が一部再形成するものの、温暖化が進むにつれて海氷消失はますます頻繁に発生すると予想され、ホッキョクグマなどの海氷に依存する動物相にとって大きな脅威となる。人間にとっては北極海横断貿易ルートがより便利になる可能性があっても、ロシアなど複数国が北極圏に数十億ドル規模のインフラを持っており、それらは基盤となる永久凍土の融解によって崩壊の危機に瀕している。さらに北極圏の先住民族は長い間、この氷に覆われた環境と共存してきたが、その文化的遺産の喪失に直面している。
さらに北極の変化はこの地域を超えた広範な影響をもたらす。海氷の喪失は北極の温暖化を促進するだけでなく、アイス・アルベド・フィードバックを通じて地球全体の気温上昇にも寄与する。永久凍土の融解は、大国からの排出量に匹敵する量の温室効果ガスを排出する。グリーンランドの氷床の融解は、すでに地球規模の海面上昇の主要因となっている。温暖化がある閾値を超えた場合約1万年のスケールで氷床全体が消失し、それがさらに海面上昇を引き起こす重大なリスクがある。さらに確証度は低いものの、北極の温暖化はジェット気流の安定性に影響を及ぼし中緯度地域の異常気象をも引き起こす可能性さえあるとされている。
物理的な環境影響
北極圏温暖化増幅 極域温暖化増幅とは、正味放射バランスの変化（例えば温室効果の増大）が惑星全体の平均よりも極付近の気温に大きな変化をもたらす現象であり、一般的には極域の温暖化と熱帯の温暖化の比率で表される。長波放射の宇宙への放出を制限できる大気すなわち温室効果ガスを大気中に持つ惑星では、表面温度は単純な惑星平衡温度計算で予測されるよりも高くなる。大気または広大な海洋が極域に向かって熱を輸送できる場合、極域はより暖かくなり、赤道地域はそれぞれの地域の正味放射バランスで予測されるよりも低くなる。すなわち地球の平均気温が高くなると最も温暖化するのは両極域である
2007年時点で、1995年～2005年の期間は少なくとも17世紀以降で最も暖かい北極の10年間であり、1951年～1990年の平均気温よりも2℃高かった。この期間アラスカとカナダ西部の気温は3～4℃上昇したArctic Climate Impact Assessment (2004): Arctic Climate Impact Assessment. Cambridge University Press, , siehe online 。2013年の研究では、この地域の気温が現在のレベルに達したのは少なくとも44,000年前、あるいは最大で120,000年前以来であることが示されたArctic Temperatures Highest in at Least 44,000 Years, Livescience, 24 October 2013。2013年以降北極の年間平均地表気温（SAT）は、1981年～2010年の平均よりも少なくとも1℃高い状態が続いている。
2016年1月から2月にかけて極端な気温異常が発生し、北極の気温は1981年～2010年の平均よりも4～5.8℃高かった。2020年の平均SATは、1981年～2010年の平均よりも1.9℃高かった。2020年3月・4月・5月の北極の平均気温は通常よりも10℃高く、6月20日には北極圏内で初めて38℃（100°F以上）の高温が観測された。これは本来2100年頃に予測されていたものである。その年7月に発表された帰属研究によれば、この熱波は人為的な温暖化がなければ8万年に1回しか起こりえない現象である。 サムネイル|399x399ピクセル|NASAゴダード宇宙科学研究所による2000～2009年の地球表面温度傾向（赤色は長期平均より2℃高温）。北極圏では全体に強い温暖化増幅が見られ、南極では温暖化は西部に集中している。 アイス・アルベド・フィードバックは地域の気温に大きな影響を及ぼす。特に氷床や海氷の存在により、北極と南極の気温はそれらが存在しない場合よりも低く保たれている。その結果北極海氷の減少は、1979年（北極海氷の連続衛星観測が開始された年）以降、北極が地球平均の約4倍の速さで温暖化している主な要因の1つと考えられている。
モデル研究によると、北極圏温暖化増幅が強く現れるのは大規模な海氷の喪失が発生する月に限られ、シミュレーションで氷が一定に保たれた場合この効果はほぼ消失する。他方、南極では氷床は安定しており特に東部南極氷床は海抜4キロメートル近くに達する厚さがあるため、過去70年間で南極の温暖化は全体的でなく西部南極に集中している。南極の氷の損失とそれによる海面上昇はもっぱら南極海の温暖化によって引き起こされており、1970年から2017年の間に全海洋が吸収した熱の35～43%がそれに関与したと見積もられた。 アイス・アルベド・フィードバックは、地球全体の気温にも小さいながらも重要な影響を与えている。1979年から2011年の間の北極海氷減少は0.21ワット/平方メートル（W/m²）の放射強制力をもたらし、これは同期間の二酸化炭素増加による放射強制力の約4分の1に相当する。産業革命以降の温室効果ガスの累積放射強制力と比較すると、これは2019年の亜酸化窒素（0.21W/m²）と同程度であり、2019年のメタン（0.54W/m²）の約半分、累積二酸化炭素増加（2.16W/m²）の約10%に相当する。1992年から2015年の間、この効果は南極の海氷増加による冷却効果（0.06W/m²/10年）によって部分的に相殺された。しかし南極海氷もその後減少し始め、1992年から2018年までの氷の変化の総合的な影響は、人為的温室効果ガス排出量の約10%に匹敵する。
北極圏は歴史的に地球平均の2倍の速さで温暖化しているとされてきたが、この推定は古い観測データに基づいており最近の加速を考慮していなかった。2021年までに、北極圏が地球平均の3倍の速さで温暖化していることを示すのに十分なデータがあり、1971年～2019年の間に3.1℃上昇し、同期間の地球全体の1℃上昇を大きく上回っていることが示された。この推定では北極圏を北緯60度以北と定義しており、これは北半球の3分の1に相当する。しかし2021～2022年の研究では、1979年以降の北緯66度以北の北極圏の温暖化速度は地球平均の約4倍に達していることが示された。特にバレンツ海地域でさらに強い北極圏温暖化増幅ホットスポットが存在し、西スピッツベルゲン海流沿いの気象観測所では地球平均の7倍もの速さで10年ごとに気温が上昇している。このためバレンツ海の海氷は、地球の気温が1.5℃上昇するだけでも永久に消失する可能性があると懸念されている。
北極圏温暖化増幅の加速は直線的ではない。2022年の分析によると、1986年頃と2000年以降の2回の急激なステップで発生している。最初の加速はこの地域での人為的な放射強制力の増加によるものであり、1980年代にヨーロッパで酸性雨対策として成層圏の硫黄エアロゾル汚染を減少させたことと関連している可能性が高い。硫酸塩エアロゾルは冷却効果を持つため、それが減少したことで北極の気温が最大0.5℃上昇したと考えられる。2回目の加速の原因は不明でありいかなる気候モデルでも再現されていない。これはおそらく数十年規模の自然変動の一例であり、北極の気温と大西洋数十年変動（AMO）の関係が示唆されている。この場合将来的に反転する可能性があるが、最初の増幅ですら現行のCMIP6モデルの一部でしか正確に再現されていない。
海氷の喪失
北極域の海氷は近年、気候変動によって面積・体積ともに減少し夏の融解量が冬の再凍結量を上回るようになった。21世紀初頭にかけて北極圏の海氷減少は加速しており、その速度は10年ごとに4.7%減少（最初の人工衛星観測記録以来50%以上減少）している 。夏季の海氷は21世紀の間に消失すると考えられている。
この地域の気温は少なくとも過去4,000年間で最も高い。さらに北極全域の氷融解期間は1979年から2013年にかけて10年ごとに5日ずつ長くなっており、主に秋の再凍結の遅れが原因となっている。IPCC第6次評価報告書（2021年）は、2050年までに少なくとも一部の9月で北極の海氷面積が100万平方キロメートルを下回る可能性が高いとしているFox-Kemper, B., H.T. Hewitt, C. Xiao, G. Aðalgeirsdóttir, S.S. Drijfhout, T.L. Edwards, N.R. Golledge, M. Hemer, R.E. Kopp, G. Krinner, A. Mix, D. Notz, S. Nowicki, I.S. Nurhati, L. Ruiz, J.-B. Sallée, A.B.A. Slangen, and Y. Yu, 2021: Chapter 9: Ocean, Cryosphere and Sea Level Change. In Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, USA, pp. 1211–1362, doi:10.1017/9781009157896.011.。 2020年9月米国国立雪氷データセンターは、2020年の北極海氷が3.74百万平方キロメートルにまで縮小し、1979年の記録開始以来2番目に小さい面積になったと発表した。地球は1994年から2017年の間に28兆トンの氷を失い、そのうち北極海氷が7.6兆トンを占める。氷の損失速度は1990年代以降57%上昇している。2025年4月日本の宇宙航空研究開発機構（JAXA）と国立極地研究所は、当年冬季に観測された北極圏海氷の最大面積が、観測を開始した1979年以降で最小の1379万平方キロメートルだったと発表した。
グリーンランド氷床の融解 グリーンランド氷床は世界で2番目に大きな氷塊を形成する氷床である。平均厚さは1.67キロメートル、最大では3キロメートルを超える。南北方向にほぼ2,900キロメートルにわたり、北端近くの北緯77°付近では最大幅1,100キロメートルに達する。氷床の面積は1,710,000平方キロメートルで、グリーンランドの地表の約80%を占め、南極氷床面積の約12%である。科学文献ではグリーンランド氷床（Greenland ice sheet）はしばしばGISまたはGrISと略される。
グリーンランドには少なくとも1,800万年前から大規模な氷河や氷帽が存在していたが、約260万年前に島の大部分を覆う単一の氷床が形成された。それ以来氷床は著しく拡大 と縮小を繰り返してきた。グリーンランドで最古の氷は約100万年前のものである。人為的な温室効果ガスの排出により氷床の温度は過去1,000年間で最も高くなっており、少なくとも過去12,000年間で最も速い速度で氷が失われている。
毎年夏になると氷床の一部が融解し氷壁が海へ崩れ落ちる。通常であれば冬の降雪によって氷床は補充されるが、地球温暖化により1850年以前と比べて2～5倍の速度で融解が進んでおり1996年以降は降雪が追いつかなくなっている。パリ協定の目標である2℃未満の上昇に抑えられたとしても、グリーンランドの氷融解だけで今世紀末までに全地球海面上昇が約6センチメートルに達するとされる。温室ガス排出削減がなされない場合、2100年までに約13センチメートル、最悪のケースでは約33センチメートル上昇する可能性がある。比較までにこれまでに1972年以降の融解による海面上昇は1.4センチメートルであり、1901年から2018年までの全体の海面上昇は15～25センチメートルだったIPCC, 2021: Summary for Policymakers . In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change [Masson-Delmotte, V., P. Zhai, A. Pirani, S.L. Connors, C. Péan, S. Berger, N. Caud, Y. Chen, L. Goldfarb, M.I. Gomis, M. Huang, K. Leitzell, E. Lonnoy, J.B.R. Matthews, T.K. Maycock, T. Waterfield, O. Yelekçi, R. Yu, and B. Zhou (eds.)]. Cambridge University Press, Cambridge, United Kingdom and New York, NY, US, pp. 3–32, doi:10.1017/9781009157896.001.。
グリーンランド氷床の融解水には氷床表面の微生物活動や氷の下にある古代の土壌や植生の残骸に由来する溶存有機炭素が含まれている。 氷床全体の下には純粋炭素で約0.5～27億トンが存在し、これは北極圏永久凍土に含まれる炭素1,400～1,650億トンや、年間約400億トンに達する人為的な二酸化炭素排出量と比べるとはるかに少ない。しかし融解水を通じたこの炭素の放出は、二酸化炭素排出量を増加させることで気候変動のフィードバックを引き起こす可能性がある。
湖の状態変化 2025年1月に発表された研究によると、グリーンランドの湖は記録的な高温と降雨により駆動された状態変化により、「青色」（より透明）から「茶色」（より不透明）への「急激で一貫した、気候による変化」を示したと報告された。この変化は湖の物理的・化学的・生物学的特徴の多くを変化させ、これまでに前例のない状態変化であるとされた。
降水 気候変動の観測された影響の一つは、北極圏における雷の大幅な増加である。雷は山火事のリスクを高める。
いくつかの研究によると、地球全体で産業革命前の水準より1.5℃を超える温暖化が進むと、夏や秋に北極圏に雪でなく雨が降る可能性がある
生物環境の変化 北極圏植生
気候変動は北極圏の植物相に強い影響を与えると予測されており、その一部はすでに観測されている。NASAとNOAAは、中分解能撮像分光放射計（MODIS）や高性能放射計（AVHRR）などの人工衛星機器を用いて、北極圏の植生を継続的に監視している。これらのデータにより北極圏緑化と褐色化を計算することができる。1985年から2016年の間に、ツンドラの観測地点のうち37.3%で緑化が進行しているのに対し、褐色化は4.7%の地点でのみ確認されており、これは依然として冷却と乾燥が進んでいる地域に集中している。その他の地域では温暖化と湿潤化が進行している。
この北極圏植生拡大はすべての植物種に等しく影響を及ぼしているわけではない。大きな傾向としてコケ類や地衣類が優勢だった地域が、低木植物に置き換わっている。この変化は、ツンドラ生態系が地球上の陸地生態系の中で最も急速に変化していると考えられる要因の一つとなっている 。コケ類や地衣類への直接的な影響は種レベルの研究が非常に少なく明確ではない。しかし温暖化により変動が激しくなり、極端な現象がより頻繁に発生する可能性が高い。低木の分布範囲とバイオマスが増加する一方で、モスカンピオンのようなクッション植物は減少する可能性がある。クッション植物は異なる栄養段階にわたって他の生物を助ける役割を持ち多くの環境において重要な生態的ニッチを占めているため、その減少は生態系の機能や構造に深刻な連鎖的影響を及ぼしうる。
これらの低木の拡大は、アルベド効果などの他の重要な生態系動態にも強い影響を及ぼす可能性がある。というのも低木が増えると冬のツンドラ地表は、雪に覆われた均一な状態から枝が突き出て雪を乱す混在状態（すなわち光をより多く吸収）へと変化するからである。それにより雪面のアルベド効果は最大55%低下し、地域および全地球的な温暖化の正のフィードバックループを引き起こす。アルベド効果の低下により、植物による放射の吸収が増え地表温度が上昇し、地表と大気のエネルギー交換に影響を与え、永久凍土の熱環境を変化させうる。また植生変化は炭素循環にも影響を与えており、ツンドラの一部が低木に覆われることで、炭素循環がタイガに近いものとなる。これにより炭素循環速度が加速し、温暖化に伴い永久凍土の融解と炭素放出が増加する一方で、成長が促進された植物による炭素吸収も増加する。このバランスがどの方向に傾くかは明確ではないが、研究によると最終的には大気中の二酸化炭素濃度が増加する可能性が高いとされている。
一方で、北アメリカのタイガは温暖化に対して異なる反応を示している。多くの地域で緑化が進行しているものの、その傾向は北極圏のツンドラほど強くはなく、低木の増加と成長の促進が主な変化であり、観測期間中に褐色化が進行している地域もあった。干ばつ・森林火災の増加・動物の行動変化・工業汚染など、複数の要因が褐色化に寄与している可能性がある。
陸生生物 サムネイル|350x350ピクセル|海洋温暖化により氷が以前よりもはるかに少なく、豊富な獲物に恵まれる高緯度北極圏の密集した海氷へと移動できないホッキョクグマが増えている。多くの場合彼らは、この写真の個体のように飢餓に苦しみ痩せ衰え死に至る。 北極の温暖化は、ホッキョクギツネやトナカイなど北極圏固有の哺乳類に悪影響を及ぼしている。2019年7月には200頭のスバールバル・トナカイが餓死しているのが発見された。これは気候変動による降水量の低下が一因と考えられているMore Than 200 Reindeer Found Dead in Norway, Starved by Climate Change By Mindy Weisberger. Live Science, 29 July 2019。これは種の長期的な減少傾向の一例にすぎない。米国地質調査所（USGS）の研究では、ホッキョクグマは北極海の海氷が縮小することでアラスカから絶滅する可能性があるが、カナダ北極諸島やグリーンランド北部沿岸の一部には生息地が残る可能性があるという。
2025年10月、国際自然保護連合（IUCN）はレッドリストを更新し、ホッキョクアザラシ3種が絶滅に近づいており、ズキンアザラシ ( Cystophora cristata ) を絶滅危惧種に（Endangered）、アゴヒゲアザラシ ( Erignathus barbatus ) とタテゴトアザラシ ( Pagophilus groenlandicus ) を準絶滅危惧種（Near Threatened）に指定した。また世界の鳥類の半数以上が減少しているとした。
純粋な北極気候が徐々に亜北極気候に置き換わるにつれて、これに適応した動物が北上している 。例えば進出したビーバーはビーバーダムを作ることでかつて永久凍土であった地域を水没させ、凍土の融解やそこからのメタン放出を引き起こしうる。そのような移入種は北極固有種を直接置き換える可能性があり、またグリズリーとホッキョクグマの交雑種のように、南方の近縁種との交雑により遺伝的多様性の低下を引き起こす。さらにブルセラ病やアザラシジステンパーウイルスのような感染症が、寒冷環境によって隔てられていた生物相に広がる可能性がある。海洋哺乳類においては、海氷の減少が感染症の拡大を促進する要因となる可能性がある。
海洋生物 海氷の減少によりより多くの日光が植物プランクトンに届くようになり、1998年から2020年の間に北極の年間海洋一次生産が30%以上増加し北極海はより強力な炭素吸収源となった。それでも全海洋の炭素吸収量の5～14%に過ぎないが、将来的にはより増大すると予測されている。2100年までに、低排出シナリオでは2000年比で北極海の植物プランクトンのバイオマスが約20%増加し、高排出シナリオでは30～40%増加すると予測されている。
タイセイヨウダラは温暖化した海水の影響で北極圏のより深い地域へ移動できるようになった一方で、Polar codや北極圏固有の海洋哺乳類は生息地を失いつつある。 多くのカイアシ類は減少傾向にあり、それらを捕食するスケトウダラやヒラメ類などの魚の個体数もおそらく減少する 。これは北極の沿岸に生息する沿岸鳥類にも影響を与えている。例えば、2016年には魚類の多くが北へ移動したためアラスカで約9000羽のツノメドリやその他のシギ・チドリ類が餓死した。沿岸鳥類の繁殖成功率は温暖化により上昇していると観察されているものの、この利点は鳥類の繁殖時期と他の生物のライフサイクルとのズレ（生物季節学的ミスマッチ）によって相殺されうる。ワモンアザラシやセイウチなどの海洋哺乳類も温暖化の影響を被っている。
海洋温暖化と海氷の急速な減少により、太平洋北極海の海洋環境が一部の有毒藻類種の生育に好ましい条件となるため、有害藻類ブルームの発生頻度が増加しうる。2025年8月ネイチャー誌発表の研究は2004～2022年にかけてボーフォート海で摂餌していたホッキョククジラ205頭の糞便サンプルを採取し、藻類毒素の年間保有率を分析した結果、毒素濃度はその海域での熱流束と明確に関連しており、北極海での海洋温暖化が海洋食物網における有害藻類毒素負荷を増加させていることを裏付けた。
北極圏からの温室効果ガス排出 2024年には気候変動の影響、特に気温上昇や山火事の影響により、北極は炭素吸収源から炭素排出源へと変化した。
永久凍土炭素 永久凍土は北極圏の水文学的システムや生態系にとって重要な構成要素である。 北半球陸域の約1800万平方キロメートルが永久凍土である。そこには総土壌有機炭素（SOC）量が1460～1600ペタグラム（1ペタグラム＝10億トン）と推定されており、これは現在大気中に存在する炭素の2倍に相当する。
温暖化により永久凍土が融解する活性層が深くなり、かつて閉じ込められていた炭素が生物学的プロセスを経て二酸化炭素やメタンとして大気中に放出される。炭素排出はさらに温暖化を促進しそれがさらなる融解を引き起こすため、これはよく知られた気候変動の正のフィードバックである。
永久凍土融解の急速さは、"中間"シナリオの代表的濃度経路（RCP）4.5では70年以上は解凍から免れるとされていた3箇所の永久凍土が2019年に急激に解凍されたことで明白になった。 2020年のシベリアの熱波の影響でさらに別の解凍も発生、北部のタイミル半島全体でRTSが82箇所から1404箇所と実に17倍も増加し、その結果土壌炭素の動員が28倍増加、半島全体で1平方メートルあたり年間平均11グラム（5ないし38グラム）もの炭素に達した。 2025年には、シベリア・サハ共和国に1960年代に出現したバタガイカ・クレーターが直径1kmに達し、より深い永久凍土層が露出している。この急激な融解の進行の少なくとも一部は、以前は考慮されていなかった凍土地中塩分に由来する。すなわち純粋な氷の融点は0℃であるが、塩分はその濃度に応じて融点を低下させ、したがって凍土を以前考えられていたよりも低温で融解・破壊させる。
永久凍土融解は局所的な閾値を持ち不可逆的な性質を示すため、2022年時点で主要な気候ティッピングポイントの一つとして数えられている。 局所的または地域的には自己増幅的なプロセスが存在するものの、全地球的な転換点の厳密な定義を満たすかどうかについては2024年時点では議論が続いている。