Les variations supérieures au million d’années
Les variations climatiques de durée supérieure au million d’années résultent de deux causes différentes non exclusives : (1) la distribution des continents et des reliefs sur Terre, donc la tectonique des plaques et (2) les gaz atmosphériques à effet de serre et plus particulièrement le 
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La tectonique des plaques
La tectonique des plaques contrôle la distribution géographique des continents et leur altitude. La présence de domaines continentaux et de reliefs transverses au régime de transfert équateur –pôle perturbe la dynamique du climat, ce qui n’est pas le cas de reliefs continentaux orientés nord-sud. Ces reliefs transverses, comme par exemple la chaîne de montagne de l’Himalaya, induisent des régimes climatiques locaux comme la Mousson.
La présence de reliefs continentaux aux pôles, ayant une altitude minimum de 500-1000 m, permet de former de la glace de plateau, embryon d’une période de glaciation (période fraiche). Néanmoins, cette condition tectonique n’est pas une condition nécessaire, certaines glaciations comme les glaciations fini-protérozoïques (Terre boule de neige) se produisent alors que tous les continents sont localisés autour de l’Équateur.
La présence de reliefs continentaux aux pôles, ayant une altitude minimum de 500-1000 m, permet de former de la glace de plateau, embryon d’une période de glaciation (période fraiche). Néanmoins, cette condition tectonique n’est pas une condition nécessaire, certaines glaciations comme les glaciations fini-protérozoïques (Terre boule de neige) se produisent alors que tous les continents sont localisés autour de l’Équateur.
Les gaz à effet de serre
Parmi les différents gaz à effets de serre, seuls le dioxyde de carbone (
) et le méthane (
) ont des temps de résidence suffisamment longs pour avoir une incidence sur le changement du climat aux échelles concernées. Le rôle du méthane n’est pas encore clairement établi, ce qui n’est pas le cas du dioxyde de carbone.
Le
atmosphérique est contrôlé par plusieurs facteurs au cours des temps géologiques : (1) l’évolution du monde végétal, (2) le volcanisme et (3) l’altération continentale et les processus de sédimentation, l’océan régulant les excès en 
. Ainsi, la dernière grande phase d’évolution du monde végétal ayant eu une incidence sur la composition chimique de l’atmosphère est l’invention du bois à la fin du Dévonien (380-375 Ma). Le bilan photosynthétique actuel se met en place à cette époque.
La production du 
(ou source de 
) est également le fait du dégazage du manteau au travers du volcanisme au niveau des dorsales et des zones de subduction, mais également au niveau des zones de panaches mantelliques.
La consommation du 
(ou puits de 
) est le fait de l’altération chimique de certaines roches et du piégeage de carbone dans les sédiments. Seule l’altération chimique des silicates consomme du 
, avec des vitesses croissantes des granites aux basaltes. Le piégeage du carbone peut se faire sous deux formes : carbone inorganique ou carbone organique. Dans le premier cas, le carbone est piégé sous forme de vastes plates-formes carbonatées ou de boues carbonatées profondes. Dans le second cas, le carbone est piégé sous forme de matière organique, charbon en domaine continental ou sédiments marins ou lacustres profonds riches en matière organique (« black shales »).
Selon les époques géologiques, le bilan entre sources et puits de 
favorise une augmentation de l’effet de serre (sources > puits, période chaude) ou une diminution (sources < puits, période plus froide).
) et le méthane () ont des temps de résidence suffisamment longs pour avoir une incidence sur le changement du climat aux échelles concernées. Le rôle du méthane n’est pas encore clairement établi, ce qui n’est pas le cas du dioxyde de carbone.Le
atmosphérique est contrôlé par plusieurs facteurs au cours des temps géologiques : (1) l’évolution du monde végétal, (2) le volcanisme et (3) l’altération continentale et les processus de sédimentation, l’océan régulant les excès en . Ainsi, la dernière grande phase d’évolution du monde végétal ayant eu une incidence sur la composition chimique de l’atmosphère est l’invention du bois à la fin du Dévonien (380-375 Ma). Le bilan photosynthétique actuel se met en place à cette époque.
La production du (ou source de ) est également le fait du dégazage du manteau au travers du volcanisme au niveau des dorsales et des zones de subduction, mais également au niveau des zones de panaches mantelliques.
La consommation du (ou puits de ) est le fait de l’altération chimique de certaines roches et du piégeage de carbone dans les sédiments. Seule l’altération chimique des silicates consomme du , avec des vitesses croissantes des granites aux basaltes. Le piégeage du carbone peut se faire sous deux formes : carbone inorganique ou carbone organique. Dans le premier cas, le carbone est piégé sous forme de vastes plates-formes carbonatées ou de boues carbonatées profondes. Dans le second cas, le carbone est piégé sous forme de matière organique, charbon en domaine continental ou sédiments marins ou lacustres profonds riches en matière organique (« black shales »).
Selon les époques géologiques, le bilan entre sources et puits de favorise une augmentation de l’effet de serre (sources > puits, période chaude) ou une diminution (sources < puits, période plus froide).