Au cours du dernier siècle, le taux d’accroissement du forçage radiatif des trois principaux gaz à effet de serre, le dioxyde de carbone (CO₂), le méthane (CH₄₎ et l’oxyde nitreux (N₂O) est très probablement sans précédent au moins au cours des derniers 16 ka (1) . Les variations pré-industrielles des concentrations en gaz à effet de serre dans l’atmosphère observées au cours des derniers 10 ka ont été faibles par rapport à leurs augmentations pendant la période industrielle, et étaient probablement majoritairement dues à des processus naturels.

Il est très probable que les concentrations actuelles dans l’atmosphère du CO₂ (379 ppm), du CH₄ (1774 ppb) dépassent de loin les variations naturelles des derniers 650 ka. Les mesures faites dans les carottes de glace indiquent que le CO₂ a varié dans une gamme de 180 à 300 ppm et le CH₄ entre 320 et 790 ppb pendant cette période. Toujours pour la même période des derniers 650 ka, la température antarctique et les concentrations de CO₂ ont co-varié, ce qui indique une forte imbrication entre le climat et le cycle du carbone.

Il est très probable que les variations glaciaires-interglaciaires de CO₂ ont fortement amplifié les variations climatiques, mais il est improbable que les variations de CO₂ aient initié la fin des périodes glaciaires. Au cours des dernières déglaciations, les températures antarctiques ont commencé à augmenter plusieurs siècles avant le CO₂ atmosphérique.

Il est probable que les périodes climatiques antérieures où les concentrations atmosphériques en CO₂ ont été élevées étaient des périodes plus chaudes qu’actuellement. C’est le cas à la fois pour des périodes climatiques persistants pendant des millions d’années (comme le Pliocène, entre 5 et 3 Ma (2)) et pour des évènements chauds de quelques centaines de millions d’années (par exemple, le Maximum Thermique Paléocène-Eocène, il y a 55 Ma). Dans les deux cas, le réchauffement était probablement fortement amplifié dans les hautes latitudes nord, par rapport aux basses latitudes.