Kriofera (grezieratik, κρύος, "hotza", "izoztua" edo "izotza" eta σφαῖρα sphaira, "globoa, bola") termino zabala da ura forma solidoan dagoen Lurraren azaleko zatietarako, itsasoetako izotza, lakuetako izotza, ibaietako izotza, elurrezko estalkia, glaziarrak, izotz-geruzak eta lur izoztua barne, permafrosta kasu.^[1] Hala, gainjartze handia dago hidrosferarekin. Kriosfera sistema klimatiko globalaren zati bat da, eta lotura eta erreakzio garrantzitsuak ditu, azaleko energian eta hezetasun, hodeiak, prezipitazioak, hidrologia, zirkulazio atmosferikoa eta ozeanikoa eragiten dituelako. Atzeraelikadura-prozesu horien bidez, kriosfera garrantzitsua da klima globalean eta klima-ereduak aldaketa globalei ematen dien erantzunean. Lurraren azaleraren %10 inguru izotzez estalita dago, baina azkar ari da jaisten.^[2] Deglaziazio terminoak ezaugarri kriosferikoen atzerapena deskribatzen du. Kriologia kriosferen azterketa da.

Izoztutako ura Lurraren azalean dago, batez ere, elurrezko estalkia, laku eta ibaietako ur gezako izotza, itsas izotza, glaziarrak, izotz-geruzak eta lur izoztua eta permafrost eran (etengabe izoztutako lurzorua). Azpisistema kriosferiko horietako bakoitzean urak ematen duen denbora asko aldatzen da. Elurrezko estalkia eta ur gezako izotza urtarokoak dira funtsean, eta itsas izotz gehiena, erdiko Artikoko izotza izan ezik, urte batzuk besterik ez da irauten urtarokoa ez bada. Hala ere, glaziarretako, izotz-geruzetako edo Lurreko izotz-geruzetako ur-partikula bat izoztuta egon daiteke 10-100.000 urte edo gehiago, eta Ekialdeko Antartikako zatietako izotz sakona milioi bat urte ingurukoa izan daiteke.

Munduko izotz-bolumen gehiena Antartikan dago, batez ere Ekialdeko Antartikako izotz-geruzan. Azalera hedadurari dagokionez, ordea, Ipar hemisferioko elurra eta izotza dira eremurik handienak, urtarrilean gainazal hemisferikoaren %23, batez beste. Eremuaren hedadura handiak eta elurraren eta izotzaren klima-rol garrantzitsuek, beren propietate fisiko bakarrekin lotuta, adierazten dute bereziki garrantzitsua dela elurraren eta izotz-estalkiaren hedadura, lodiera eta propietate fisikoak (propietate erradiatiboak eta termikoak) behatzeko eta modelatzeko gaitasuna.

Elurraren eta izotzaren funtsezko zenbait propietate fisikok modulatzen dituzte azaleraren eta atmosferaren arteko energia-trukeak. Propietate garrantzitsuenak hauek dira: gainazalaren islapena (albedoa), beroa transferitzeko gaitasuna (difusio termikoa) eta egoera aldatzeko gaitasuna (bero sorra). Propietate fisiko horiek, azaleko zimurtasunarekin, emisibitatearekin eta ezaugarri dielektrikoekin batera, eragin handia dute elurra eta izotza espaziotik ikusteko. Adibidez, gainazalaren zimurtasuna da, maiz, radarraren erretrodispertsioaren indarra zehazten duen faktore nagusia. Propietate fisikoak, hala nola kristal-egitura, dentsitatea, luzera eta ur likidoaren edukia, faktore garrantzitsuak dira, eta eragina dute bero- eta ur-transferentzietan eta mikrouhin-energiaren sakabanaketan.

Lurreko atmosferatik igarotzen den den eguzki-erradiazioaren gainazalaren erreflektantzia garrantzitsua da gainazal-energiaren orekarako (SEB). Islatutako eguzki-erradiazioaren eta erasotzailearen arteko erlazioa da, albedo deritzona. Klimatologoek, batez ere, espektro elektromagnetikoaren uhin luzerarik laburrenean (~300etik 3500 nm-ra) daude interesatuta, espektro hori bat datorrelako eguzki-energia nagusiaren sarrerarekin. Normalean, urtzen ez diren elurrezko gainazal estalien albedo-balioak handiak izaten dira (%80 - %90), basoen kasuan izan ezik. Elurrerako eta izotzerako albedorik handienek aldaketa azkarrak eragiten dituzte latitude altuetan, udazkenean eta udaberrian azalaren islapenean, baina hazkunde horren esanahi klimatiko orokorra hodei-estaldurak modulatzen du espazioan eta denboran. (Planeta-albedoa, nagusiki, hodeien estaldurak eta neguko hilabeteetan goi-latitudeetan jasotako guztizko eguzki-erradiazio txikiak zehazten dute.) Uda eta udazkena lainotza ertain-handiko garaiak dira Ozeano Artikoan, eta, beraz, murriztu egiten da hein handi batean itsasoko izotzaren urtaroko aldaketa handiei lotutako albedo-erantzuna. Groisman eta haren lankideek ikusi zuten elurrezko estalkiak eragin handiagoa izan zuela Lurraren erradiazio-balantzean udaberrian (apiriletik maiatzera), sartzen zen eguzki-erradiazioa elurrez estalitako eremuetan handiagoa izan zenean.^[4][4]

Elementu kriosferikoen propietate termikoek ere ondorio klimatiko garrantzitsuak dituzte. Elurrak eta izotzak difusio termikoa aireak baino askoz baxuagoak dute. Difusibitate termikoa tenperatura-uhinek substantzia bat sartzeko duten abiaduraren neurria da. Elurra eta izotza ez dira airea bezain eraginkorrak bero-difusioan. Elurrezko estalkiak lurzoruaren gainazala isolatzen du, eta itsasoko izotzak azpiko ozeanoa isolatzen du, eta interfazea gainazalaren eta atmosferaren artean banatzen du beroaren eta hezetasunaren fluxuekiko. Ur-gainazal baten hezetasun-fluxua izotzezko azal mehe batetik ere kanporatzen da; izotz mehearen bidezko bero-fluxua, berriz, funtsezkoa da 30-40 cm bitarteko lodiera lortu arte. Hala ere, izotzaren goialdean elur pixka bat jarriz gero, izugarri murriztuko da bero-fluxua, eta moteldu egingo da izotzaren hazkunde-tasa. Elurraren efektu isolatzaileak ere ondorio garrantzitsuak ditu ziklo hidrologikoan. Permafrost gabeko eskualdeetan, elurraren eragin isolatzailea lurrazaletik hurbil baino ez da izozten, eta ur sakonen drainatzea etengabea da.^[5]

Elurrak eta izotzak neguko energia-galera handien azalera isolatzeko jarduten duten bitartean, udaberriko eta udako beroketa atzeratzeko ere jarduten dute, izotza urtzeko energia asko behar baita (urtzeko bero sorra, 3,34 x 105 J/kg da 0 °Ctan). Hala ere, atmosferak elur- edo izotz-eremu zabaletan duen egonkortasun estatiko handiak mugatu egiten du berehalako hozte efektua azaleko geruza samar batera; beraz, lotutako anomalia atmosferikoak iraupen laburrekoak izaten dira, eta tokitik eskualderako eskala izaten dute.^[6] Munduko zenbait lekutan, hala nola Eurasian, jakina da elur astuneko pakete batekin eta udaberriko lurzoru hezeekin lotutako hozteak eragina duela udako montzoiaren zirkulazioaren modulazioan.^[7] Gutzlerrek eta Prestonek (1997) Estatu Batuetako hego-mendebaldeko elur-zirkulazioaren antzeko atzeraelikaduraren probak aurkeztu zituzten duela gutxi.^[8]

Elur-estalkiak montzoiaren modulazioan duen eginkizuna Lurraren azala eta atmosfera nahasten dituen atzeraelikadura kriosferak epe laburreko kliman duen eraginaren adibide bat besterik ez da. 1. irudian ikus daiteke klima-aldaketako erreakzio ugari gertatzen direla klima-sistema globalean. Espazio- eta denbora-eskala sorta zabal batean lan egiten dute, besteak beste, airearen tenperaturen tokiko urtaro-hoztea eta milaka urteko denbora-eskaletan izotz-geruzetan gertatzen diren aldaketa hemisferikoak. Atzera-elikadurako mekanismoak konplexuak eta guztiz ulertu gabeak izaten dira askotan. Adibidez, Curry et al. (1995) erakutsi zuen itsas-izotz albedo "sinple" motako iruzkinek interakzio konplexuak zituztela urtutako izotzarekin edo itsaso-izotzaren hedadurarekin.

Airearen tenperatura hemisferikoarekin lotura estua duenez, elurrezko estalkia klima-aldaketaren adierazle garrantzitsua da. Lurreko elurrez estalitako eremuaren zatirik handiena Ipar hemisferioan dago, eta urtaroka aldatzen da: urtarrilean 46,5 milioi km²-tik abuztuan 3,8 milioi km²-ra.^[9] Ipar Amerikako neguko elur-estalkiak gora egin zuen XX. mendean, prezipitazioak areagotzeari esker.^[10][11] Hala ere, IPCCren Seigarren Ebaluazio Txostenaren arabera, Ipar hemisferioko elurrezko estalkia gutxitzen joan da 1978tik, elurraren sakonerarekin batera.^[12] Behaketa paleoklimatikoek erakusten dutenez, aldaketa horiek ez dute aurrekaririk Ipar Amerikako mendebaldeko azken milurtekoetan.^[13][14][12]

Elurrezko estalkia oso garrantzitsua da uraren orekan, batez ere munduko eremu menditsuetako urtaroko elur-paketeetan. Irismen mugatua izan arren, Lurreko mendikateetako urtaroko elur bolumenak dira latitude ertainetako zona zabaletan korronte-fluxurako eta lur azpiko urak kargatzeko isurketaren iturri nagusia. Adibidez, Colorado ibaiaren arroko urteko isurketaren %85 baino gehiago elur urtu gisa sortzen da. Lurreko mendietako elur-isuriak ibaiak betetzen ditu eta mila milioi pertsona baino gehiagoren ur baliabideen mende dauden akuiferoak betetzen ditu. Gainera, munduko eremu babestuen %40 baino gehiago mendietan daude, eta horrek erakusten du babestu beharreko ekosistema bakan gisa eta gizakientzat aisialdirako gune gisa duten balioa. Klima berotzeak elurraren eta euriaren banaketan eta elurra urtzen den unean aldaketa garrantzitsuak eragingo dituela espero da. Aldaketa horiek eragin handia izango dute uraren erabileran eta kudeaketan. Aldaketa horiek, halaber, garrantzitsuak izan daitezkeen eta klima-sisteman gehiago irauten duten gainbehera-erreakzioak eragiten dituzte, lurzoruaren hezetasuna denboran eta espazioan aldatuz eta ozeanoetara isurketak eginez. Ur gezaren fluxuak garrantzitsuak izan daitezke elur-estalkitik itsas ingurunera.^[15]

Itsasoko izotzak ozeanoen eta inguru polarren zati handi bat estaltzen du. 1970eko hamarkadaren hasieratik sateliteetan jasotako datuek erakusten dute bi hemisferioetako itsas izotzaren geruzen urtaroko, eskualdeko eta urtetik urterako aldakortasun nabarmena. Urtaroaren arabera, Hego hemisferioko itsas izotzaren hedadura 5 faktoreren arabera aldatzen da: otsailean gutxienez 3–4 milioi km², eta irailean gehienez 17–20 milioi km².^[16][17] Urtaroaren araberako aldaketa askoz txikiagoa da Ipar hemisferioan, non natura konfinatuak eta Ozeano Artikoaren goi latitudeek izotz estalki iraunkor askoz handiagoa eratzen baitute, eta inguruko lurrak, neguan, izotzaren hegoalderako bidea mugatzen baituen. Hala, bada, Ipar hemisferioko izotz-hedaduraren urtaroaren aldakortasuna 2ko faktorekoa baino ez da, irailean gutxienez 7 -9 milioi km²-tik martxoan gehienez 14–16 milioi km²-ra.^[17][18]

Izotzezko estalkiak, eskualde mailan, hemisferioan baino askoz aldakortasun handiagoa du urtetik urtera. Adibidez, Okhotsk itsasoko eta Japoniako eskualdean, izotz-gradu maximoa 1,3 milioi km²-tik (1983) 0,85 milioi km²-ra jaitsi zen 1984an (%35eko murrizketa), hurrengo urtean 1,2 milioi km²-ra errebotatu aurretik.^[17] Bi hemisferioetako eskualde-fluktuazioak direla eta, sateliteen erregistroaren urte batzuetako edozein garaitarako eskualde batzuek beheranzko izotz-estaldura dute, eta beste batzuek, berriz, gero eta izotz-estaldura handiagoa.^[19] 1978ko mikrouhinen erregistro pasiboan 1995aren erdialdean adierazitako joera orokorrak erakusten du itsas izotz artikoaren hedadura %2,7 jaisten ari dela hamarkada bakoitzeko.^[20] Mikrouhin sateliteen datuekin egindako ondorengo lanek adierazten dutenez, 1978ko urriaren amaieratik 1996. urtearen amaierara arte, itsas izotz artikoaren hedadura %2,9 jaitsi zen hamarkada bakoitzeko, eta itsas izotz antartikoaren hedadura %1,3 handitu zen hamarkada bakoitzeko.^[21] 2013ko Klima Aldaketari buruzko Adituen Gobernu arteko Taldearen arabera, Ipar hemisferioko itsas izotza %3,8 ± %0,3 jaitsi zen hamarkada bakoitzeko, 1978ko azarotik 2012ko abendura bitartean.^[22]

Izotza ibai eta aintziretan eratzen da, urtarorik hotzenean. Izotz-gorputzen tamainak txikiegiak dira klima-efektu lokalizatuak ez diren beste eraginetarako. Hala ere, azelerazio-/desintegrazio-prozesuek tokiko faktore meteorologiko eta eskala handiko faktore meteorologikoei erantzuten diete, halako moldez non urtetik urtera aldakortasun handia baitago izotza agertzen eta desagertzen den egunen artean. Lakuko izotzari buruzko behaketa luze bat proxy klimaren erregistro gisa erabil daiteke, eta haustura-joeren monitorizazioak klima-perturbazioen indize integratu eta espezifiko egokia eman dezake. Ibaien izotz-kondizioei buruzko informazioa ez da hain erabilgarria klima-proxy gisa; izan ere, izotza eratzea, neurri handi batean, ibaien fluxu-erregimenaren mende dago, prezipitazioak, elurra urtzeak eta arroen isurketak eragiten baitiote. Halaber, giza interferentziaren mende dago, kanalen fluxua zuzenean aldatzen baitu, edo lurzoruaren erabileraren bidez jariatze-urak zeharka eragiten baitu.

Aintzira lakuan beroa biltegiratzearen mende dago, eta, beraz, haren sakoneraren, edozein jario-motaren abiaduraren eta tenperaturaren, eta airearen eta uraren energia-fluxuen mende. Askotan ez dago lakuen sakonerari buruzko informaziorik, nahiz eta Artikoan sakonera gutxiko lakuen zantzu batzuk neguaren amaieran airez garraiatutako radar-irudien bidez lor daitezkeen eta espazio-transmisioko irudi optikoen bidez udan. Desizozte-denbora aldatu egiten da izotzetako elurraren sakoneraren, izotzaren lodieraren eta ur gezaren fluxuaren eraginez.

Lurzoru izoztuak (permafrost eta urtaroaren arabera izoztutako lurzorua) 54 milioi km² inguru hartzen ditu Ipar hemisferioko lurrazaletan (Zhang et al., 2003), eta, beraz, azalera handiena du kriosferaren beste edozein osagaik baino. Permafrost (lurzoru izoztu iraunkorra) gerta daiteke airearen urteko batez besteko tenperatura –1 edo –2 °C baino txikiagoa bada, eta jarraitua izan ohi da –7 °C baino txikiagoa bada. Gainera, lurzoruaren hezetasunak, landare-estalkiak, neguko elurraren sakonerak eta hezetasunak eragiten diote haren zabalerari eta lodierari. Permafrostaren irismen orokorra oraindik ez da guztiz ezaguna, baina Ipar hemisferioko lur-eremuen %20 inguru dago bere azpian. Siberiako eta Alaskako ipar-ekialdeko kostalde artikoan 600 m baino lodiagoak dira, baina, ertzetara, permafrost meheagoa eta horizontalki etena bilakatzen da. Eremu marjinaletan, berotze-joera batek eragindako edozein fusio egin beharko da. Dagoen permafrost gehiena aurreko baldintza hotzagoetan eratu zen eta, beraz, erlikia da. Hala ere, permafrosta gaur egungo klima polarren azpian eratu daiteke, non glaziarrak erretiratu egiten baitira, edo lurraren sorrerak lur desizoztua erakusten baitu. Washburnek (1973) ondorioztatu zuen permafrost jarraituaren gehiengoa orekan dagoela egungo klimarekin goiko gainazalean, baina baseko aldaketak egungo klimaren eta bero-fluxu geotermikoaren araberakoak dira; aitzitik, permafrost etenaren gehiengoa ezegonkorra izango da ziurrenik, edo "gutxieneko klima- edo azalera-aldaketak desoreka-ondorio latzak izango dituen oreka delikatuan".^[23]

Berotze-baldintzetan, udako geruza aktiboaren sakonera gero eta handiagoak eragin nabarmena du erregimen hidrologiko eta geomorfologikoetan. Mackenzie ibarreko permafrosta desizoztu eta desagertu dela jakinarazi da, baita Manitobako hegoaldeko ertzean ere, baina behaketa horiek ez dira erraz kuantifikatzen edo orokortzen. Airearen tenperaturaren batez besteko gradiente latitudinalak oinarritzat hartuta, hegoaldeko permafrostaren mugatik iparraldera batez beste 50-to-150 km egitea espero daiteke, oreka-egoeran, 1 °C berotzeko.

Izotz-geruzak eta glaziarrak lur solidoaren gainean jariatzen diren izotz-masak dira. Elurra metatuz, azaleko eta oinarriko urtze bidez kontrolatzen dira, eta inguruko ozeano edo aintziretan eta barne-dinamikan murgiltzen dira. Azken hori izotz-indarrak bultzatutako jariakin-fluxu baten ("fluxu glaziala") ondorioa da, eta azpiko lurraren gainetik irristatzen da. Horrek argaltzea eta horizontalki hedatzea eragiten du. Masa-irabaziaren, galeraren eta fluxuaren ondoriozko garraioaren arteko oreka dinamiko horren edozein desoreka izotz-gorputzen hazkuntzan edo gutxitzean lortzen da.

Izotz-geruzak dira munduko ur gezaren iturri potentzial handiena, munduko guztizkoaren %77 inguru. Guztiak urtuko balira, itsasoaren maila 80 metro igoko litzateke, eta Antartika horren % 90 da. Groenlandiak gainerako %10aren zati handiena hartzen du, eta beste izotz- eta glaziar-gorputz batzuek %0,5 baino gutxiago. Elurra metatzeko eta urtzeko urteko tasekin alderatuta duen tamaina dela eta, izotz geruzetan ura 100.000 edo milioi bat urtez egon daiteke. Ondorioz, edozein klima-asaldurak erantzun motelak sortzen ditu, eta glaziazio eta glaziazio arteko aldietan gertatzen da. Ibarreko glaziarrek bizkor erantzuten diete klima-gorabeherei, 10-50 urteko ohiko erantzun-denborekin.^[24] Hala ere, banakako glaziarren erantzuna asinkronoa izan daiteke klima-behartze berarekiko, glaziarren luzeraren, igoeraren, maldaren eta mugimendu-abiaduraren arteko aldeak direla eta. Oerlemans-ek (1994) glaziarren atzerapen global koherentearen ebidentzia eman zuen, 100 urteko 0,66 °C-ko berotze-joera linealaren bidez azal litekeena.^[24]