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Les émissions de carbone sont le principal moteur du changement climatique, le dioxyde de carbone représentant plus de 80 % des gaz à effet de serre des États-Unis, selon l'Environmental Protection Agency (EPA). La combustion de combustibles fossiles libère du CO₂ et d’autres gaz à effet de serre, emprisonnant la chaleur solaire et augmentant les températures mondiales. Ces changements perturbent l'approvisionnement en eau, modifient les conditions météorologiques, modifient les saisons de croissance des cultures et menacent les communautés côtières en raison de l'élévation du niveau de la mer.
Le CO₂ reste dans l'atmosphère pendant 50 à 200 ans, ce qui signifie que les émissions actuelles continueront à réchauffer la planète pendant des décennies. L’EPA prévoit que le changement climatique augmentera la demande en eau tout en réduisant l’offre. Une quantité suffisante d’eau est essentielle à la santé publique, à l’industrie manufacturière, à la production d’énergie et à la sécurité alimentaire. Dans certaines régions, le réchauffement va amplifier les précipitations, qui peuvent transporter des sédiments et des polluants dans l’eau potable. La montée du niveau de la mer poussera l'eau salée vers les aquifères d'eau douce, augmentant ainsi le besoin de dessalement et de traitement avancé.
La NASA prévient que le réchauffement climatique est lié à une augmentation des incendies de forêt, des sécheresses et des cyclones tropicaux. En 2012, des tempêtes catastrophiques ont coûté 1 milliard de dollars de dégâts aux États-Unis, et des événements comme l’ouragan Sandy (2012) et le typhon Haiyan (2013) illustrent la fréquence croissante des tempêtes à fort impact. De tels événements peuvent dévaster les infrastructures, propager des maladies d'origine hydrique et entraîner d'importantes pertes en vies humaines, nécessitant souvent une aide internationale pour le rétablissement.
Les conditions climatiques changeantes modifient les environnements de croissance de nombreuses cultures. Le programme américain de recherche sur le changement global rapporte que la hausse des températures dans la vallée centrale de Californie réduira considérablement les rendements de tomates, de blé, de riz, de maïs et de tournesols. Les pénuries de récoltes mondiales feront grimper les prix des denrées alimentaires et la faune sauvage qui fournit des sources de protéines sera obligée de se déplacer vers des habitats plus frais, à plus haute altitude ou au nord.
De petits changements de température peuvent produire des effets environnementaux dramatiques. Au cours de la dernière période glaciaire, les températures n’étaient que de 2,5 à 5°C (5 à 9°F) plus froides qu’aujourd’hui, mais de grandes parties des États-Unis étaient ensevelies sous la glace. Le Groupe d'experts intergouvernemental sur l'évolution du climat (GIEC) prévoit une augmentation de la température mondiale d'environ 1,5°C (2,5°F) au cours du prochain siècle, ce qui remodèlera les rivages. Le niveau de la mer le long des côtes médio-atlantique et du Golfe a augmenté de plus de 20 cm au cours des 50 dernières années, menaçant les zones côtières densément peuplées.