L’ensemble de la cryosphère planétaire – couverture neigeuse, glaciers de montagne, calottes antarctique et groenlandaise, banquises – montre une réaction de plus en plus vive au réchauffement. La durée et la surface d’enneigement sont en nette régression à l’échelle planétaire tout en conservant des fluctuations importantes d’une année sur l’autre. Un phénomène visible surtout dans l’hémisphère Nord où l’on dispose de nombreuses observations. La station météo du col de Porte (Alpes, 1 325 m) montre une diminution de 30 jours d’enneigement hivernal entre 1965 et 2015, typique de l’évolution pour la montagne de moyenne altitude. Cette évolution de la couverture de neige fait partie des « rétroactions positives » qui amplifient le changement climatique : la neige renvoie plus de 80 % de l’énergie solaire alors que le sol déneigé l’absorbe en majorité. C’est l’une des raisons de l’« amplification polaire » : un réchauffement global de 4 °C se traduit par + 1 °C à l’équateur, + 5 °C aux moyennes latitudes et + 10 °C en Arctique.
Les glaciers réagissent d’autant plus vite au réchauffement qu’ils sont de petite taille et de faible altitude. Ils peuvent alors se déstabiliser sur quelques dizaines d’années. C’est sur cette durée qu’il faut suivre l’évolution de leur bilan de masse. Celui-ci est le résultat de deux processus : l’accumulation de neige durant l’hiver et la fonte estivale qui conduit à la perte de masse. Peu de glaciers sont suivis depuis longtemps grâce à des mesures in situ, mais les satellites ont une résolution spatiale suffisante pour mesurer la perte d’épaisseur moyenne sur l’ensemble d’un glacier si ses reliefs ne sont pas trop accidentés. La quasi-totalité des glaciers de la planète montre un bilan négatif, voire très négatif. Des glaciers tropicaux plus vulnérables (Andes) disparaissent à vue d’œil. Le glacier d’Argentière, dans le massif du Mont-Blanc, a perdu l’équivalent de 33 mètres d’épaisseur en une trentaine d’années.
Au Groenland, cette fonte est due pour moitié à la fonte par ruissellement en régions côtières et au transport de glace de la partie centrale vers les bords de la calotte par les « fleuves de glace » qui déversent de gigantesques icebergs dans l’océan. En Antarctique, les températures trop basses ne permettent pas de ruissellement et c’est surtout le déversement d’icebergs qui provoque la perte de masse. Dans cette région, la glace continentale qui arrive en bordure d’océan peut se mettre à flotter. Elle forme alors des plateformes qui peuvent atteindre une centaine de mètres d’épaisseur près de la ligne d’échouage (la frontière entre partie posée et partie flottante) puis qui s’amincissent à mesure qu’elles avancent sur l’océan. Ces plateformes sont particulièrement vulnérables au réchauffement climatique, leur surface étant chauffée par l’atmosphère tandis que la base de la partie flottante est réchauffée par l’océan de surface.
Un événement spectaculaire fut la déstabilisation de la plateforme de Larsen sur la péninsule Antarctique, face à la pointe sud de l’Amérique. Cette plateforme s’est fissurée puis a largué d’énormes icebergs en 1995, puis en 2002, avec un iceberg de 3 800 km2, et enfin en 2017, avec un iceberg de 5 800 km2, presque l’équivalent du département de l’Ardèche. Les plateformes de Ross dans le secteur Pacifique et de Filchner-Ronne dans le secteur Atlantique sont beaucoup plus étendues (environ la surface de la France). Ces deux plateformes ont perdu 18 % de leur superficie en deux décennies. Cette déstabilisation des plateformes fragilise les calottes. En effet, leur disparition en péninsule Antarctique accélère le rythme de déversement des icebergs dans l’océan.
Les banquises, formées par le gel de l’eau de mer, réagissent, elles aussi, au réchauffement. On mesure depuis 1979 leur surface et leur épaisseur par satellite. À la fin de l’hiver, lors de leur extension maximale, la glace de mer couvre une surface de 15 millions de km2 dans l’Arctique et de 20 millions de km2 dans l’hémisphère Sud, autour de l’Antarctique. Dans l’hémisphère Nord, le minimum de l’extension de la banquise mi-septembre est passé de 7 millions de km² en 1980 à 4,5 millions de km² en 2019. Une baisse spectaculaire et plus rapide que ce que prévoyaient les projections. La banquise antarctique montrait plutôt une légère augmentation de surface dans les années 2000, mais cette tendance s’est inversée depuis quelques années.
