Klimaet på jorden har vært meget varierende over jordens historie, fra istider karakterisert av isbreer som dekket store landområder, til varme perioder hvor polene var frie for is. Flere faktorer har spilt inn på de forhistoriske klimaendringene, som endringer på solen, vulkansk aktivitet, og endringer i atmosfæren.

Data fra iskjerner fra Antarktis kan fortelle oss en del om historien over de siste 400.000 årene, og vi har lært mye av å studere de. I løpet av denne perioden, så viser det seg at CO2-nivået og temperatur var tett knyttet til hverandre (korrelasjon), og de økte og sank hånd-i-hånd. Men, ut ifra de Antarktiske iskjernene, så har vi lært at CO2-nivået først har forandret seg 600-1000 år etter at temperaturen økte (Figur 1 nedenfor). Dette resultatet gjør at noen konkluderer med at CO2-nivå umulig kan være årsaken til den globale oppvarmingen vi opplever i dag.

Figur 1: Iskjerner fra Vostok viser hvordan CO2-nivå og temperatur har endret seg de siste 400.000 årene.

Men denne påstanden forteller ikke hele historien.

I starten av denne perioden, så kan temperaturendringen bli forklart ved å se på jordens bane rundt solen, som påvirker hvor mye sollys som treffer jordens overflate. Når det kommer til oppvarming, så kan etterslepet mellom temperatur og CO2-nivå forklares på følgende måte:

1. Idet temperaturen i havet øker, så slippes mer CO2 ut i atmosfæren (varmt vann holder dårligere på CO2).
   
   
2. Deretter, så vil denne økningen av CO2 i atmosfæren (drivhusgass) forsterke den varmende effekten, som igjen vil føre til at havet blir varmere og slipper ut mer CO2.
   Med andre ord, så vil økende CO2-nivå bli både årsaken til og effekten av videre oppvarming. Dette betyr at produktet av prosessen (CO2) gjør at prosessen (oppvarmingen) skjer hurtigere (såkalt “positive feedback”).

Denne selvforsterkende effekten er det som er hovedårsaken til endringen mellom glasiale perioder (lange, kalde perioder) og interglasiale (korte, varme). Dette er fordi jordens bane rundt solen ikke utgjør en stor nok effekt på egenhånd.

Andre selvforsterkende effekter inkluderer andre drivhusgasser, og endringer i isdekt areale, og vegetasjon.

En studie av Shakun et al. fra 2012 undersøkte temperaturendringer for 20.000 år siden over hele verden, og ga oss en bedre forståelse av forholdet mellom CO2-nivået og temperaturendring. De fant blant annet ut at

• Jordens bane var utløsende faktor for oppvarmingen i Arktis for ca. 19.000 år siden, og førte til at store mengder is smeltet og tilførte ferskvann til havene.
  
  
• Denne plutselige innstrømmingen av ferskvann forstyrret de daværende havstrømmene, som ga opphav til en kraftig omfordeling av varme luft mellom jordens hemisfærer.
  
  
• Det var havene på den sydlige halvkule som ble oppvarmet først, og dette startet for ca. 18.000 år siden. Ettersom at de sydlige havene ble varmet opp, begynte de å slippe store mengder CO2 ut i atmosfæren.

Så, selv om jordens bane rundt solen var det som utløste oppvarmingen, så har mer enn 90% av oppvarmingen funnet sted etter at CO2-nivået i atmosfæren økte (Figur 2).

Figur 2: Global gjennomsnittstemperatur (blå), temperatur på Antarktis (rød), og atmosfærisk CO2-konsentrasjon (gule prikker). Kilde.