Berekeningen maken over het klimaat doe je met modellen. Die zijn gebaseerd op natuurkundige wetten en metingen. Wiskunde is essentieel om die wetten en metingen in een kloppend model te vangen. Dat is een flinke uitdaging: het klimaat is een groot, ingewikkeld en chaotisch systeem. Eigenlijk is het een optelsom van ontzettend veel kleine onderdelen, zoals zeestromingen, bewolking, drukgebieden en atmosfeerstromingen. Kennis van wiskunde en natuurkunde gaan hand in hand om de modellen zo nauwkeurig mogelijk te maken, zodat je betrouwbare voorspellingen kunt doen. Wiskunde is de taal waarin natuurkundigen werken en praten.

Voor iedere onderzoeker is wiskunde daarnaast onmisbaar om iets zinnigs te kunnen zeggen over de brij van gegevens die je tijdens een experiment verzamelt. Dat hebben wetenschappers wereldwijd met elkaar afgesproken: we willen zeker weten dat jouw gegevens echt kloppen, dus je resultaten moeten significant zijn. Dat betekent dat de kans zeer klein is dat je toevallig deze resultaten hebt gevonden, maar dat ze echt wat betekenen. Om dat te berekenen heb je statistiek nodig.

Denk je aan klimaatverandering, dan denk je aan CO₂. Naast dat broeikasgas zijn er nog andere stoffen die van invloed zijn op de wereldwijde temperatuur. Denk bijvoorbeeld aan methaan, een broeikasgas met twintig keer zoveel impact als koolstofdioxide. Kennis van die stoffen is belangrijk om de processen waarin ze een rol spelen beter te begrijpen. Daar komt scheikunde om de hoek kijken. De bouw en samenstelling van een stof en de mogelijke veranderingen die plaatsvinden onder bepaalde omstandigheden zijn belangrijk om te begrijpen hoe een stof als CO₂ een rol speelt in klimaatverandering. Chemische verwering, een proces waarbij door een chemische reactie CO₂ wordt vastgelegd in gesteenten, is bijvoorbeeld een van de belangrijkste verschijnselen die de CO₂–concentratie in de atmosfeer reguleren. Jaarlijks wordt hierdoor ongeveer een miljard ton CO₂ vastgelegd. Ander voorbeeld: een hoge CO₂-concentratie in de lucht zorgt via een chemische reactie voor verzuring van de oceanen. Dat heeft grote gevolgen voor het leven in de zee: schelpjes lossen in een te zure omgeving op.

Bovendien is scheikunde belangrijk voor paleoklimatologie, het onderzoek dat zich richt op het klimaat in het verleden. Wanneer je bijvoorbeeld een boorkern met tientallen aardlagen wilt bestuderen, moet je weten naar welke stoffen je moet zoeken en wat de aanwezigheid van een stof betekent. De samenstelling van organisch materiaal kan veel zeggen over de situatie in het verleden. Vooral de verhouding in isotopen van bijvoorbeeld de atomen C, H, N en O zijn daarvoor belangrijk (zie ook natuurkunde).

Wil je begrijpen hoe het klimaatsysteem werkt, dan moet je de wetten van de natuurkunde kennen. Zo is het voor iedereen een logische gedachte dat het smelten van de ijskappen op de Noordpool te maken heeft met warmte – maar hoe snel smelten die dan? En hoeveel graden moet de omgeving stijgen voor ze helemaal weg zijn? Die vragen proberen klimaatonderzoekers te beantwoorden, en daarvoor is natuurkunde nodig.

Natuurlijk zijn de formules die ze daarvoor gebruiken iets ingewikkelder dan die in je tekstboek staan, maar de basis is hetzelfde. Veel klimaatonderzoekers gebruiken modellen die gebaseerd zijn op natuurkundige wetten en gegevens uit metingen of experimenten. Met die klimaatmodellen kunnen onderzoekers vaststellen wat het klimaat in een bepaalde periode was, en voorspellen hoe het klimaat zich in de toekomst zal ontwikkelen.

Ook de eigenschappen van atomen zijn belangrijk voor klimaatonderzoek: aan de hand van de verhouding van verschillende zuurstofisotopen in een ijskern kun je bijvoorbeeld zien hoe koud het was op het moment dat dat ijs werd gevormd (zie ook scheikunde).

Biologie gaat over alles wat leeft. Alle levende organismen op aarde laten hun sporen na. Zo zijn ze belangrijk voor het klimaat. Mensen zijn een goed voorbeeld van levende wezens die invloed hebben op het klimaat – met de brommer of auto naar school levert natuurlijk meer broeikasgassen in de lucht op dan als je zou fietsen. Maar denk ook eens aan de rol van een plant: uit CO₂ en water maakt die suikers en zuurstof, dat noemen we fotosynthese. Als de plant vervolgens doodgaat door bijvoorbeeld een brand, komt het CO₂ weer in de lucht terecht. Bij een grote bosbrand is dat dus in één klap heel veel extra CO₂ in de lucht. Grote en kleine dieren en bacteriën spelen ook een belangrijke rol in de kringloop van broeikasgassen. Het is dus belangrijk om kennis te hebben over die organismen.

Daarnaast helpt kennis van biologie om het klimaat van het verleden te reconstrueren. Fossielen van organismen die je bijvoorbeeld kunt vinden in tienduizenden jaren oude aardlagen zeggen namelijk iets over de situatie van toen: was het warm of koud, zat er veel CO₂ in de lucht? Hoe zout was de oceaan en was er veel zuurstof beschikbaar? Aan de pollen die in een aardlaag verscholen zijn kun je zien welke planten er op dat moment op aarde groeiden. Als je weet hoe het klimaat er vroeger uitzag en wat er heeft geleid tot veranderingen, bijvoorbeeld van een warme periode naar een ijstijd, kun je betere voorspellingen doen voor de toekomst. Biologie is daarbij onmisbaar!

Aardrijkskundigen houden zich bezig met het bestuderen van het aardoppervlak. Dat kan over mensen gaan (sociale geografie) of over natuurlijke processen (fysische geografie). Het klimaat valt onder het domein van fysisch geografen. Zij bestuderen de processen op het aardoppervlak: hoe is een landschap ontstaan, wat zijn de onderliggende factoren en wat gaat er gebeuren met het landschap?

Er zijn veel processen die invloed hebben op het klimaat en die bestudeerd worden door aardrijkskundigen. Zeestromingen bijvoorbeeld, stromingen in de atmosfeer of vulkanische activiteit. En het broeikaseffect, dat ervoor zorgt dat de aarde geen ijsbal is maar de energie van de zon een beetje vasthoudt zodat we hier kunnen leven.

Door beter te begrijpen hoe die processen werken, kun je meer te weten komen over het klimaat. Niet alleen kun je dan uitleggen waarom Nederland zo’n regenachtig land is zonder al te veel winterse dagen, maar ook kun je voorspellen wat de gevolgen zijn van een veranderend klimaat. Als bijvoorbeeld een zeestroom van richting verandert, zal het weertype op sommige plekken ook veranderen. En als de zeespiegel stijgt, heeft dat grote gevolgen voor kustgebieden zoals Nederland. Je wilt dan wel precies weten wat er gaat gebeuren. Dat soort voorspellingen kun je niet doen zonder kennis over het systeem Aarde.