O Ártico é a região mais setentrional da Terra e é uma região polar caracterizada por condições climáticas polares: Invernos frios e Verões frescos. As temperaturas médias no inverno podem descer até aos -40°C (-40°F) e a temperatura mais fria registada é de -68°C (-90°F). O gelo marinho, formado a partir de água do mar congelada, pode flutuar à superfície porque tem uma densidade inferior à da água do mar. O gelo emerge da água apenas cerca de 12% e pode tornar-se muito espesso (até metros). As consequências das alterações climáticas são muito evidentes: no Ártico, a temperatura do ar tende a aumentar mais rapidamente do que a temperatura média do planeta. A extensão do gelo marinho do Ártico, que é medida todos os anos em setembro, diminuiu quase 43% entre 1979 e 2016 (uma área maior do que toda a Austrália). A espessura do seu gelo (no mesmo período) também diminuiu significativamente, levando a uma redução de quase 77%. Este facto constitui uma séria ameaça para este ecossistema específico.

As superfícies têm a capacidade de refletir uma determinada percentagem da radiação incidente recebida do sol. Por exemplo, a neve reflecte mais radiação do que a mesma superfície coberta por uma floresta. A proporção de radiação reflectida é designada por albedo. Este fenómeno é particularmente importante na dinâmica que influencia as alterações climáticas, especialmente nestas latitudes: a neve e o gelo reflectem uma elevada percentagem da radiação para o espaço (albedo elevado). Se uma superfície coberta de neve ou gelo derrete devido ao aumento das temperaturas, a superfície subjacente, normalmente mais escura (como a água ou as rochas), fica exposta e acaba por refletir uma quantidade muito menor de radiação (albedo baixo), aquecendo. Consequentemente, a temperatura da Terra continua a aumentar, provocando mais derretimento da neve e do gelo e mais aquecimento. Este círculo vicioso é conhecido como “feedback gelo-albedo” (ou também “feedback gelo-albedo”). O efeito de retroação gelo-albedo desempenha um papel importante, especialmente no Ártico.

A fusão gradual do gelo marinho no verão ártico faz com que o oceano absorva muito mais calor do que na presença de gelo. À medida que o oceano aquece, o gelo torna-se cada vez mais pequeno, não só devido à radiação solar, mas também porque a água do mar mais quente intensifica ainda mais a fusão. A fusão da neve e do gelo aumenta o aquecimento da Terra.

É normal haver uma certa flutuação na cobertura de gelo da Terra, mas recentemente o desaparecimento de gelo, especialmente nos pólos, representa uma séria ameaça porque o nível do mar está a subir, ameaçando a existência de zonas costeiras. A maior parte do gelo da Terra encontra-se nas regiões polares e subpolares. Atualmente, existem duas calotes de gelo na Terra: a calote de gelo do Ártico, que inclui o gelo da Gronelândia, e a calote de gelo da Antárctida. Um dos efeitos mais conhecidos das alterações climáticas é provavelmente o recuo dos glaciares das montanhas e das calotes polares. O aumento das temperaturas e outros factores variáveis a nível local, como a queda de neve anual, têm algum impacto no recuo dos glaciares. Mas os glaciares de montanha e as calotes representam apenas uma pequena parte das massas de gelo globais. A maior parte (ou seja, mais de 99% da massa terrestre global de gelo) é representada pelos mantos de gelo da Gronelândia e do Antártico. Quase todos os glaciares observados a nível mundial perdem massa a longo prazo.

Não só os glaciares recuam, como também a quantidade de neve no hemisfério norte diminui. Desde 1966, uma média de mais de 200 km2 não registou queda de neve em comparação com o ano anterior.

O Antártico está coberto pela maior calota de gelo da Terra. A maior parte do gelo da Antárctida encontra-se em terra, enquanto outra parte flutua, sob a forma de blocos de gelo, em frente às suas costas. A quantidade de gelo existente na Antárctida é tal que a fusão de todo o manto de gelo faria subir o nível do mar em cerca de 58 metros.

Em contraste com o Ártico, entre 1979 e 2016, a área de gelo marinho aumentou, em média anual, cerca de 0,16%. No entanto, globalmente, o manto de gelo está a perder massa: enquanto na Antárctida Oriental se verifica um ligeiro aumento do gelo interior devido ao aumento da queda de neve, na Antárctida Ocidental o manto de gelo continua a derreter, principalmente devido ao aumento da temperatura da água do mar. Consequentemente, a velocidade a que o gelo flui da terra aumenta, fazendo com que seja transportado para o oceano mais gelo do que aquele que é formado pela queda de neve. Uma vez que, em muitas zonas da Antárctida Ocidental, o gelo em terra está a infiltrar-se cada vez mais profundamente abaixo do nível do mar, à medida que o gelo recua, aumenta a superfície de ataque da água do mar mais quente. Este fenómeno pode acelerar ainda mais o processo de fusão e, consequentemente, a velocidade do fluxo de gelo. A perda total anual de massa de gelo terrestre entre 2003 e 2016 está estimada em cerca de 141 mil milhões de toneladas.

O manto de gelo da Gronelândia é o segundo maior da Terra, a seguir ao da Antárctida. Cobre quase toda a superfície terrestre da Gronelândia e, em alguns locais, tem mais de três quilómetros de espessura.

Ao contrário do gelo do Oceano Ártico, o manto de gelo da Gronelândia não se encontra no mar, mas cobre o território continental da Gronelândia. Quando derrete, o nível do mar sobe. Segundo os cientistas e climatologistas, se toda a massa do manto de gelo se “perdesse”, o nível do mar subiria mais de sete metros. Entre 2002 e 2016, a perda de massa de gelo do manto de gelo da Gronelândia provocou uma subida anual do nível do mar de cerca de 0,8 mm, o que corresponde a uma perda média anual de cerca de 280 mil milhões de toneladas de gelo. Este fenómeno é causado principalmente pelo aumento do calvário e pela fusão do gelo à superfície. É de salientar que o manto de gelo da Gronelândia tem vindo a perder massa a um ritmo crescente nos últimos anos, sendo a principal causa o aquecimento global.

Quando o gelo em terra derrete, a água produzida pelo derretimento flui para o mar, provocando a sua subida. Se todo o gelo derretesse, estima-se que o nível do mar subiria cerca de 66 metros.

A situação é diferente para o gelo marinho e as plataformas de gelo, que já se encontram na água. Se a água e o gelo nela contido tiverem a mesma concentração de sal, a fusão deste gelo produz exatamente a mesma quantidade de água que anteriormente era deslocada pelo gelo. Mas se houver uma diferença na concentração de sal entre o gelo marinho e as plataformas de gelo, por um lado, e a água do mar, por outro, o gelo desloca um pouco menos de água do que a água produzida pela fusão. Neste último caso, portanto, a fusão de todos os gelos marinhos e plataformas de gelo provocaria uma subida do nível do mar de cerca de 4 cm, dos quais o mais importante (cerca de 3,6 cm) é atribuível às plataformas de gelo. A fusão do gelo marinho no Ártico tem, portanto, um impacto mínimo no nível do mar.

Permafrost é o termo utilizado para descrever uma camada permanentemente congelada sobre ou abaixo da superfície da terra, neste caso um subsolo onde se registam temperaturas de 0°C ou inferiores durante pelo menos dois anos. O permafrost forma-se em regiões frias, como a Sibéria, o Canadá, o Alasca ou as montanhas, e cobre cerca de 24% da superfície do hemisfério norte; é constituído por solo, cascalho e areia, geralmente ligados entre si por gelo. O permafrost preserva os restos de carbono de plantas e animais que congelaram antes de se decomporem.

Devido ao aquecimento global, o permafrost, em vez de armazenar carbono, pode tornar-se uma fonte significativa de emissões de aquecimento global. De facto, se o permafrost descongelar, os restos de animais e plantas, que estiveram armazenados no seu interior durante milhares de anos, ficam novamente expostos a processos de decomposição microbiológica. Estes processos convertem o carbono contido nas plantas e nos animais em dióxido de carbono (CO₂) e metano (CH₄), que podem depois ser libertados para a atmosfera, contribuindo para o chamado efeito de estufa e intensificando o aquecimento global.

As temperaturas mais elevadas conduzem também a um aumento do crescimento das plantas, o que, a curto prazo, pode absorver mais CO₂ do que o libertado pelo degelo. Infelizmente, no entanto, isto não se aplica a longo prazo, onde, em vez disso, assistimos a um novo aumento da temperatura na Terra e, consequentemente, a um maior degelo do permafrost. Este círculo vicioso é conhecido como “feedback permafrost-carbono”. Através deste mecanismo de retroação, a Terra aquece mais rapidamente do que aconteceria apenas com o impacto das emissões humanas.