El clima ha variado en todas las escalas de tiempo a lo largo de la historia de la Tierra. Algunos aspectos del cambio climático actual no son inusuales pero otros sí lo son. La concentración de CO2 en la atmósfera ha alcanzado un punto máximo record con respecto a más de 500 mil años y lo ha hecho a una celeridad excepcional. Las temperaturas actuales en el mundo son más cálidas que nunca antes, al menos, en los últimos cinco siglos, o probablemente durante más de un milenio. Si el calentamiento continúa sin trabas, el cambio climático resultante en este siglo será extremadamente inusual en términos geológicos. Otro aspecto inusual del cambio climático reciente es la causa que lo provoca: los cambios climáticos en el pasado eran naturales por su origen (véase PF 6.1) mientras que la mayor parte del calentamiento ocurrido en los últimos 50 años es atribuible a actividades humanas.
Al comparar el cambio climático actual a cambios naturales anteriores, hay que hacer tres diferenciaciones. En primer lugar, debe quedar claro cuál variable se compara: las concentraciones de gases de efecto invernadero o la temperatura (o algún otro parámetro climático) y si se compara el valor absoluto o su tasa de variación. En segundo lugar, no deben confundirse los cambios locales con los cambios mundiales. Los cambios climáticos locales son a menudo mayores que los mundiales pues los factores locales (por ejemplo, cambios en la circulación oceánica o atmosférica) pueden cambiar el traslado de calor o humedad de un lugar a otro y los retroefectos locales actúan (por ejemplo, el retroefecto del hielo marino). Los grandes cambios en la temperatura media mundial, por el contrario, precisan de ciertos forzamientos mundiales (tales como cambios en la concentración de los gases de efecto invernadero o la actividad solar). En tercer lugar, es necesario distinguir entre las escalas de tiempo. Los cambios climáticos a lo largo de millones de años pueden ser mucho mayores y tener causas diferentes (por ejemplo, una derivación continental) comparado con cambios climáticos en escalas de tiempo de un siglo.
La razón principal para la preocupación actual sobre el cambio climático es el aumento de la concentración de dióxido de carbono atmosférico (y otros gases de efecto invernadero), que resulta muy inusual para el Cuaternario (los dos últimos millones de años aproximadamente). La concentración de CO2 se conoce con precisión desde hace 650,000 años a partir de las muestras de hielo tomadas. Durante este tiempo, la concentración de CO2 varió de un mínimo de 180 ppm durante los períodos glaciares fríos y un máximo de 300 ppm durante las épocas interglaciares cálidas. En el siglo pasado se incrementó rápidamente por encima de este rango, y ahora es de 379 ppm (véase Capítulo 2). A fin de establecer una comparación, el aumento de unos 80-ppm en la concentración de CO2 al final de los períodos glaciares anteriores tardó por lo general más de 5,000 años. Valores más altos que los actuales se registraron solamente hace muchos millones de años. (Véase PF 6.1).
La temperatura es una variable más difícil de reconstruir que el CO2 (gas bien mezclado mundialmente), pues no tiene el mismo valor en todo el mundo, por lo que un registro sólo (por ejemplo, una muestra de hielo) tiene un valor limitado. Las fluctuaciones locales de temperatura, aún las que tuvieron lugar hace apenas algunos decenios, pueden ser de varios grados Celsius, por encima de la señal de calentamiento mundial del siglo pasado que fue de 0,7°C.
Más significativo respecto de los cambios mundiales es un análisis de los promedios (mundiales o hemisféricos) a gran escala, donde gran parte de las variaciones locales se promedian y la variabilidad es menor. Una cobertura suficiente de los registros instrumentales solamente cubre los últimos 150 años. Antes de eso, las recopilaciones de datos representativos a partir de los anillos de crecimiento de los árboles, las muestras de hielo, etc., abarcan más de mil años con una cobertura espacial decreciente de los períodos anteriores (véase Sección 6.5). Si bien existen diferencias entre esas reconstrucciones y persisten las incertidumbres significativas, todas las reconstrucciones publicadas indican que las temperaturas fueron cálidas durante el Medioevo, se enfriaron a valores bajos durante los siglos XVII, XVIII y XIX y se volvieron a calentar rápidamente después. El nivel de calentamiento de la época medieval es incierto, pero es posible que se haya alcanzado a mediados del siglo XX, para ser excedido a partir de entonces. Los modelos climáticos también apoyan estas conclusiones. Las variaciones de temperatura no han sido compiladas con sistematicidad en promedios en gran escala, antes de hace 2,000 años, pero éstas no brindan evidencias de que existieran temperaturas medias anuales mundiales más cálidas que las actuales, cuando se analiza el holoceno (los últimos 11,600 años; véase Sección 6.4). Hay fuertes indicios de que, hasta hace unos 3 millones de años, prevaleció un clima más cálido, con una cubierta mundial de hielo reducida en gran medida y un nivel del mar más elevado. Por ende, el calor actual parece inusual en el contexto del milenio actual, pero no es inusual en el contexto de escalas mayores de tiempo, donde son importantes los cambios en la actividad tectónica (que pueden impulsar variaciones lentas, naturales en la concentración de gases de efecto invernadero). (Véase Recuadro 6.1).
Un tema diferente es la tasa actual de calentamiento. ¿Acaso se registran cambios climáticos globales más rápidos en los datos representativos? Los ciclos glaciares muestran los mayores cambios de temperatura del último millón de años; durante éstos, la temperatura media mundial varió en unos 4°C a 7°C entre los períodos glaciares y los períodos interglaciares cálidos (los cambios locales fueron mucho mayores, por ejemplo, cerca de los mantos de hielo continentales). Sin embargo, los datos indican que el calentamiento global al final de un período glaciar era un proceso mundial que tomaba unos 5,000 años (véase Sección 6.3). Queda claro, por tanto, que la tasa actual de cambio climático mundial es mucho más rápida y muy inusual en el contexto de los cambios pasados. Los cambios climáticos abruptos durante los períodos glaciares, tan analizados, (véase sección 6.3) no son ejemplos de lo contrario, pues probablemente se debieron a cambios en el transporte térmico oceánico, que tendría pocas probabilidades de afectar la temperatura media mundial.
Más atrás en el tiempo, más allá de los datos tomados de las muestras de hielo, la resolución temporal de los núcleos de sedimentos y otros archivos no brinda una solución a cambios tan rápidos como el calentamiento actual. Por consiguiente, aunque ha habido grandes cambios climáticos en el pasado, no hay pruebas de que estos hayan ocurrido más rápido que el calentamiento actual. Si se materializan las proyecciones de un calentamiento aproximado de 5°C en este siglo (cifra superior de la variación), entonces la Tierra habrá experimentado la misma cantidad de calentamiento medio mundial que el que sufrió al final del último período glaciar; no hay pruebas de que esta tasa de cambio mundial futuro posible haya sido igualada por una elevación de temperatura comparable en los últimos 50 millones de años.