يتناوب تاريخ مناخ الأرض بين الجليد والنار. إن العصر الجليدي الحالي الذي يعيشه البشر (مع وجود قمم جليدية في كلا القطبين) نادر في تاريخ الأرض الممتد لـ 4.5 مليار سنة. في معظم الأحيان، تكون الأرض عالمًا دافئًا خاليًا من الجليد.
خلال العصر الطباشيري قبل 66 مليون سنة، وصل متوسط درجة الحرارة العالمية إلى 36 درجة مئوية، وبلغت درجة حرارة البحر القطبي 27 درجة مئوية. ازدهرت الديناصورات في بيئة دافئة. ومع ذلك، ليست كل الفترات الدافئة مناسبة جدًا - ففي نهاية العصر البرمي قبل 270 مليون سنة، تسببت الانفجارات البركانية الهائلة في ارتفاع درجات الحرارة العالمية بمقدار 10 درجات مئوية، مما أدى إلى حدوث أخطر حدث انقراض جماعي في تاريخ الأرض، مع اختفاء 95٪ من الحياة البحرية و 70٪ من الحياة الأرضية.
يعتمد تنظيم درجة حرارة الأرض على "دورة الكربون": يتم امتصاص ثاني أكسيد الكربون في الصخور من خلال التجوية الكيميائية وإعادة إطلاقه من خلال النشاط البركاني. وقد سمحت هذه الآلية للأرض بالحفاظ على مناخ مستقر نسبيا لفترة طويلة، لكنها خرجت عن نطاق السيطرة أيضا مرات عديدة. منذ 2.4 إلى 2.1 مليار سنة، شهدت الأرض حدثًا يسمى "الأرض كرة الثلج"، حيث غطت الصفائح الجليدية الكوكب بأكمله ودرجات حرارة منخفضة تصل إلى -50 درجة مئوية. ويتكهن العلماء بأن هذا قد يكون بسبب الكائنات الحية الدقيقة التي تقوم بالتمثيل الضوئي والتي تستهلك غاز الميثان (غاز الدفيئة الرئيسي في ذلك الوقت)، مما تسبب في التبريد العالمي الجامح. وفي نهاية العصر البرمي قبل 252 مليون سنة، اندلعت براكين سيبيريا لمدة مليون سنة. تسبب ثاني أكسيد الكربون في ارتفاع درجة الحرارة بشكل حاد بمقدار 10 درجات مئوية، مما أدى إلى انقراض 95% من الأنواع البحرية - وقد وصف معهد سميثسونيان هذا بأنه "أسوأ انقراض جماعي".
منذ الثورة الصناعية، غيرت الأنشطة البشرية مناخ الأرض بسرعة. وزاد تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من 280 جزء في المليون إلى 426 جزء في المليون، وارتفع متوسط درجة الحرارة العالمية بمقدار 1.47 درجة مئوية. . وإذا استمرت الانبعاثات، فقد تصل إلى 600-1000 جزء في المليون في عام 2100، مما يؤدي إلى ارتفاع درجات الحرارة بمقدار 4 درجات مئوية. وقد حدث موقف مماثل خلال الحد الحراري الأقصى للعصر الباليوسيني والأيوسيني (PETM) قبل 55 مليون سنة، عندما كانت درجات الحرارة العالمية أعلى بمقدار 5 إلى 8 درجات مئوية عما هي عليه اليوم وأعيد تنظيم النظم البيئية بشكل جذري.
وفي المستقبل، سوف يفشل "منظم الحرارة الكربوني" للأرض في نهاية المطاف. وفي حوالي 500 مليون سنة، قد ينخفض تركيز ثاني أكسيد الكربون إلى ما دون عتبة بقاء النباتات؛ وفي غضون مليار سنة، عندما تصبح الشمس أكثر سطوعًا، ستدخل الأرض في فترة لا رجعة فيها من درجات الحرارة المرتفعة للغاية، وستواجه الحياة تحديات شديدة.
يدفع البشر الأرض إلى منطقة مجهولة، لكن التاريخ يظهر أن الأرض ستتعافى في النهاية، لكنها قد لا تترك آثارًا للحضارة الإنسانية.