Le cause dei cambiamenti passati e i processi di feedback
Il clima della Terra è stato influenzato da una serie di fattori negli ultimi miliardi di anni. La composizione dell'atmosfera, in particolare la concentrazione di gas serra, è variata in seguito al vulcanismo e alla comparsa della vita. Anche il movimento dei continenti ha svolto un ruolo importante, causando cambiamenti nella circolazione atmosferica e oceanica con conseguenti variazioni del clima. Anche le variazioni dell'orbita terrestre intorno al Sole o dell'asse di rotazione della Terra, che hanno influenzato la radiazione solare ricevuta, sono una delle cause principali dei cambiamenti climatici del passato.
Una componente importante di questi cambiamenti sono i cosiddetti meccanismi di retroazione. Prendiamo come l'esempio le ere glaciali più "recenti" (nell'ultimo milione di anni). Inizialmente l'abbassamento delle temperature è stato innescato da una riduzione dell'energia solare ricevuta causata da una variazione dell'orbita della Terra intorno al Sole. Tuttavia, questa riduzione della radiazione da sola non può spiegare la portata del raffreddamento dell'atmosfera terrestre. Ciò può essere però spiegato dai meccanismi di retroazione: in parole semplici la radiazione solare diminuisce, la Terra si raffredda, le calotte polari si estendono e viene riflessa una maggiore quantità di radiazione solare incidente (vaste aree di color bianco con forte albedo), di conseguenza la Terra si raffredda ancora di più, e così via, fino a raggiungere un nuovo stato di equilibrio. Un ciclo simile esiste anche per l'anidride carbonica: più gli oceani sono freddi, maggiore è il quantitativo di anidride carbonica che possono assorbire, di conseguenza l'atmosfera si raffredda (effetto serra indebolito per mancanza di anidride carbonica), gli oceani si raffreddano ulteriormente e possono assorbire un quantitativo ancora maggiore di anidride carbonica. E così via. Al momento attuale, con il riscaldamento globale in corso, abbiamo l'effetto di retroazione esattamente contrario.
In sintesi, i principali sconvolgimenti climatici che la Terra ha vissuto sono stati causati da fattori che da soli non possono spiegare l'entità del cambiamento. Questi fattori hanno sempre innescato un cambiamento amplificato dai meccanismi di retroazione. E come si può ben pensare, in un'era dove il riscaldamento globale è ancora fuori controllo, i meccanismi di retroazione, alcuni legati ad un'incertezza ancora molto elevata (= non si conoscono bene), fanno decisamente paura.
Un possibile pianeta "palla di neve"
Iniziamo la nostra storia climatica 2.5 miliardi di anni fa, quando la vita (non l'essere umano!) era già ben radicata sulla Terra. Tra 2.5 e 2.2 miliardi di anni fa la Terra ha vissuto una successione di intense ere glaciali. È possibile che la Terra sia stata completamente coperta di ghiaccio per un periodo prolungato. L'ipotesi principale per spiegare questo raffreddamento è la “grande ossidazione”. La fotosintesi clorofilliana negli oceani rilasciava grandi quantità di ossigeno nell'atmosfera. Questo ossigeno ha reagito con il metano presente nell'atmosfera trasformandolo in anidride carbonica, che ha un effetto serra più debole del metano. Questa riduzione dell'effetto serra si è tradotta in un netto calo delle temperature. Con buona probabilità questo evento rappresenta la prima estinzione di massa della vita sulla Terra.