A lo largo de la historia geológica de la Tierra han tenido lugar siete grandes glaciaciones que produjeron extinciones masivas. Durante la Era Cuaternaria, se dieron al menos cuatro glaciaciones: Donau (I, II y III), era en la que ya habían Australopitecos, Günz (I y II), cuando vivió el Homo habilis, Mindel (I y II) con el aparecimiento del Pitecantropos), Riss (I, II y III), con el reinado del Pitecantropos, Würm (I,II, III y IV), cuando convivieron el Neanderthal y el Homo sapiens. Cada una de estas glaciaciones tuvo períodos interglaciares.
La última era glacial terminó hace 12 mil años, que fue el período más frío del que se tiene registro. Al final de la glaciación (cuando terminó el Pleistoceno), mucha de la fauna dominante, principalmente debido al frío, se extinguió. Otras especies migraron hacia otras zonas más frías, cimas de las montañas y valles montañosos, o hacia regiones polares o subpolares, incluyendo mamuts, rinocerontes lanudos, alces, renos, ratas de la nieve, osos, entre otros.
A partir de entonces, cortos episodios de enfriamientos y calentamientos han sucedido en la Tierra. Por ejemplo, se considera que el inicio del Imperio Romano se inicia con un enfriamiento, y su desmantelamiento coincide con su fin. En el Siglo III se produce una crisis agrícola, que se agrava con la imposición de más impuestos a los víveres, por parte de Septimio Severo. A partir del año 400 empieza un período de recalentamiento lento, alcanzando su máxima potencia entre el año 900 hasta el siglo XIV, al que se le llamó el “Período Cálido Medieval”.
En la Península Antártica se encontraron datos de períodos de calor moderado e incluso de frío. Los corales tropicales del océano Pacífico sugieren que las condiciones relativamente frías y secas pueden persistir con la configuración del fenómeno de El Niño y de La Niña. Aunque hay poquísimos datos de Australia, hay evidencias, en los sedimentos del lago Eyre, de que durante los siglos IX y X hubo fuertes variaciones climáticas. En Nueva Zelandia, en el año 1100, información encontrada revela un período comparable con el “Período Cálido Medieval” europeo.
Entre 1550 y 1850 se produjo en Europa una “pequeña era glacial”, caracterizada por inviernos rigurosos y largos. Muestras de los casquetes polares de la Antártida y de los sedimentos oceánicos del Pacífico nos dicen que también en el hemisferio sur, hubo un enfriamiento durante esos siglos.
Se cree que varios de los cambios climáticos que se dieron en eras pasadas fueron por la actividad volcánica que en la Tierra primitiva era mucho más activa. Los gases y ceniza volcánica producen una atmósfera menos transparente, enfriando la tierra.
Las moléculas de la atmósfera siempre están en movimiento y cambian a medida que tienen lugar diversas reacciones químicas entre los elementos que la conforman (carbón, nitrógeno y oxígeno). Sin embargo, las proporciones de los diferentes elementos se mantienen bastante estables. Es lo que se conoce como equilibrio dinámico.
Sin embargo, a pesar del equilibrio dinámico, los científicos han descubierto que la cantidad de gases de efecto invernadero, en la atmósfera de la Tierra, comenzó a aumentar desde hace 150 años. Ahora se conoce que esta variación se debe a una acción antropogénica.
La química de la atmósfera determina cuáles longitudes de onda de la radiación solar no pueden entrar y cuánta radiación queda atrapada en el sistema terrestre. Los gases de la atmósfera atrapan el calor y producen el efecto invernadero, sin el cual no podría haber vida en la Tierra. Pero al aumentar la concentración de gases con efecto invernadero, aumenta la temperatura global y se producen cambios en el clima global. Los cambios climáticos del Siglo XX y XXI son de origen antropogénico, sobre todo por el alto consumo de combustibles fósiles, la agricultura industrial, el masivo comercio global y la pérdida de bosques.
El principal gas responsable de los cambios climáticos es el dióxido de carbono (CO2), que es el responsable del 50% del aumento del efecto invernadero, y es el resultado de la extracción y posterior combustión de hidrocarburos fósiles en la industria, los automóviles, etc. Los otros gases incluyen el metano (CH4) que se produce en las reacciones anaeróbicas por descomposición de la materia orgánica y su principal fuente es la crianza estabulada de ganado; el óxido nitroso (N2O) debido al desarrollo industrial y se origina en los motores de combustión interna; y, los halocarbonados, que incluyen compuestos halógenos, principalmente cloro y cuyo origen es también industrial.
Son evidencias del cambio climático, el aumento de la temperatura promedio de la superficie de la Tierra, el aumento de los acontecimientos atmosféricos extremos como lluvias y tormentas intensas y sequías prolongadas, o el aumento del nivel medio del mar , producido sobre todo por el deshielo de los casquetes polares. La superficie de la capa de hielo que flota sobre el mar se ha reducido en un 8% y su grosor en un 10 a 15%. La disminución de glaciares en las montañas ha contribuido a una disminución en la disponibilidad de agua dulce para el consumo humano y el riego. En el Ecuador, a los nevados Cotopaxi y Antisana sólo les queda entre el 35 y 40% de sus glaciales originales.
La temperatura del agua de los océanos ha subido, también está disminuyendo la concentración de sal por el deshielo de los casquetes polares, al mismo tiempo que aumenta su acidez debido al exceso de CO2.
El calentamiento global altera el comportamiento de algunos organismos vivos. El rango de distribución de algunas plantas ha cambiado hacia zonas más altas (se desplazan 4 metros por encima de su localización original cada decenio), y algunas plantas que anteriormente se encontraban solo en las cumbres de las montañas han desaparecido. Los científicos han observado cambios, relacionados con el clima, en al menos 420 procesos físicos y comunidades o especies biológicas. Por ejemplo, son particularmente sensibles los anfibios y los corales.
El calentamiento global pone en peligro la estructura y las funciones de la naturaleza, los ciclos biológicos y los procesos evolutivos.