Desde o período atual até o início da humanidade
As temperaturas globais tanto na terra como no mar aumentaram em 0,75 °C relativamente ao período entre 1860 e 1900, de acordo com o registro instrumental de temperaturas. Esse aumento na temperatura medido não é significativamente afetado pela ilha de calor urbana. Desde 1979, as temperaturas em terra aumentaram quase duas vezes mais rápido que as temperaturas no oceano (0,25 °C por década contra 0,13 °C por década). Temperaturas na troposfera mais baixa aumentaram entre 0,12 e 0,22 °C por década desde 1979, de acordo com medições de temperatura via satélite. Acredita-se que a temperatura tem sido relativamente estável durante os 1000 anos que antecederam 1850, com possíveis flutuações regionais como o período de calor medieval ou a pequena idade do gelo.
Baseado em estimativas do Instituto Goddard de Estudos Espaciais da NASA (Goddard Institute for Space Studies, no original), 2005 foi o ano mais quente desde que medições instrumentais confiáveis tornaram-se disponíveis no fim do século XIX, ultrapassando o recorde anterior marcado em 1998 por alguns centésimos de grau. Estimativas preparadas pela Organização Meteorológica Mundial e a Unidade de Pesquisa Climática da Universidade de East Anglia concluíram que 2005 foi o segundo ano mais quente, depois de 1998.
Emissões antropogênicas de outros poluentes - em especial aerossóis de sulfato – podem gerar um efeito refrigerativo através do aumento do reflexo da luz incidente. Isso explica em parte o resfriamento observado no meio do século XX, apesar de que o resfriamento pode ser também em parte devido à variabilidade natural.
O paleoclimatologista William Ruddiman argumentou que a influência humana no clima global iniciou-se por volta de 8.000 anos atrás, com o início do desmatamento florestal para o plantio e 5.000 anos atrás com o início da irrigação de arroz asiática. A interpretação que Ruddiman deu ao registro histórico com respeito aos dados de metano tem sido disputado.
A variabilidade do clima da Terra
O planeta já sofreu, ao longo de sua existência de 4,5 bilhões de anos, processos de resfriamentos e aquecimentos extremos. Está comprovado que houve alternância de climas quentes e frios (Terra estufa - "hothouse" - e Terra geladeira - "icehouse", na linguagem dos paleoclimatologistas), sendo este um fenômeno corrente na história do planeta. Atualmente o planeta está na situação de geladeira.
O último episódio de resfriamento ou glaciação, iniciado no Pleistoceno - 1,8 milhões de anos antes do presente- teve seu ápice há cerca de 18.000 anos, quando, então, começou o processo de aquecimento, que continua nos dias de hoje. No entanto, o aquecimento não se dá sobre uma curva contínua. Neste espaço de tempo de 18.000 anos houve épocas de aquecimento e resfriamento, causando variações às vezes bruscas de temperaturas em períodos variáveis, mas que podiam ser de décadas ou menos, de vários graus Celsius. A comprovação destes fatos é fornecida pela análise de testemunhos de sondagens, de centenas de metros, obtidos no Ártico e na Antártida, através da análise da composição isotópica do oxigênio encontrado nas bolhas de ar presas no gelo.
Durante os últimos 500 milhões de anos, a Terra passou por quatro episódios extremamente quentes ("hothouse episodes"), sem gelo e com níveis elevados dos oceanos, e quatro episódios extremamente frios("icehouse episodes"), como o que vivemos actualmente, com camadas de gelo, glaciares e níveis de água relativamente baixos nos oceanos. Pensa-se que esta variação de mais longo termo se deve a variações no influxo de radiação recebida devidas à viagem do nosso sistema solar através da galáxia, correspondendo os episódios mais frios a encontros com os braços espirais mais brilhantes, onde a radiação é mais intensa. Os episódios frios mais frequentes, cada 34 milhões de anos, mais ou menos, ocorrem provavelmente quando o sistema solar passa através do plano médio da galáxia. Os episódios extremamente frios de há 700 e 2300 milhões de anos, em que até no equador havia gelo, correspondem a períodos em que havia uma taxa de nascimentos de estrelas na nossa galáxia anormalmente alta, implicando um grande número de explosões de estrelas e uma radiação cósmica muito intensa.
O carbono-14 radioactivo e outros átomos raros produzidos na atmosfera pelas partículas cósmicas fornecem um registo de como as suas intensidades variaram no passado e explicam a alternância entre períodos frios e quentes durante os últimos 12000 anos. Sempre que o Sol era fraco e a radiação cósmica forte, seguiram-se condições frias, como a mais recente, na Pequena Idade do Gelo de há 300 anos. Considerando escalas de tempo mais longas, encontra-se uma explicação credível para as variações de maior amplitude do clima da Terra [47].
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