ligação=https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a9/Tyndalls_setup_for_measuring_radiant_heat_absorption_by_gases_annotated.svg/300px-Tyndalls_setup_for_measuring_radiant_heat_absorption_by_gases_annotated.svg.png|miniaturadaimagem|O espectrofotometro de razão de John Tyndall (desenhado em 1861) mediu a quantidade de radiação infravermelha absorvida e emitida por vários gases que enchiam o seu tubo central.

A história da descoberta científica das alterações climáticas começou no início do século XIX, quando as eras glaciares e outras mudanças naturais no paleoclima foram primeiramente suspeitadas e o efeito de estufa natural foi identificado pela primeira vez. No final do século XIX, os cientistas argumentaram pela primeira vez que as emissões humanas de gases de efeito de estufa poderiam mudar o balanço energético e o clima da Terra. Muitas outras teorias de alterações climáticas foram avançadas, envolvendo forças do vulcanismo à variação solar. Na década de 1960, as evidências do efeito de aquecimento do gás dióxido de carbono tornaram-se cada vez mais convincentes. Alguns cientistas também apontaram que as atividades humanas que geraram aerossóis atmosféricos (por exemplo, "poluição") também podem ter efeitos de arrefecimento.

Durante a década de 1970, a opinião científica favoreceu cada vez mais o ponto de vista do aquecimento. Na década de 1990, como resultado da melhoria da fidelidade dos modelos de computador e do trabalho observacional que confirmava a teoria de Milankovitch das eras glaciares, formou-se uma posição de consenso: os gases de efeito de estufa estavam profundamente envolvidos na maioria das alterações climáticas e as emissões causadas pelo homem estavam a levar a um aquecimento global discernível. Desde a década de 1990, a investigação científica sobre alterações climáticas incluiu várias disciplinas e expandiu-se. A investigação expandiu a nossa compreensão das relações causais, ligações com dados históricos e habilidades para medir e modelar as alterações climáticas. A investigação durante este período foi resumida nos Relatórios de Avaliação do Painel Intergovernamental para as Alterações Climáticas.

As alterações climáticas, interpretadas de forma ampla, são uma mudança significativa e duradoura na distribuição estatística dos padrões climáticos ao longo de períodos que variam de décadas a milhões de anos. Pode ser uma mudança nas condições climáticas médias ou na distribuição do clima em torno das condições médias (como mais ou menos eventos climáticos extremos). As alterações climáticas são causadas por fatores que incluem processos oceânicos (como a circulação oceânica), processos bióticos (por exemplo, plantas), variações na radiação solar recebida pela Terra, placas tectónicas e erupções vulcânicas e alterações do mundo natural induzidas pelos humanos. Este último efeito está a causar o aquecimento global, e o termo "alterações climáticas" é frequentemente usado para descrever impactos específicos dos humanos.

Mudanças regionais, da antiguidade ao século XIX Desde a antiguidade, as pessoas suspeitavam que o clima de uma região poderia mudar ao longo dos séculos. Por exemplo, Teofrasto, um aluno do filósofo grego antigo Aristóteles no século IV a.C., contou como a drenagem dos pântanos tornou uma determinada localidade mais suscetível ao congelamento e especulou que as terras se tornavam mais quentes quando o desmatamento das florestas as expunha à luz solar. No século I a.C., o escritor e arquiteto romano Vitrúvio escreveu sobre o clima em relação à arquitetura habitacional e como escolher locais para as cidades. Estudiosos da Europa renascentista e posteriores viram que o desmatamento, a irrigação e o pastoreio haviam alterado as terras ao redor do Mediterrâneo desde os tempos antigos; eles achavam plausível que essas intervenções humanas tivessem afetado o clima local. No seu livro publicado em 1088, o estudioso e estadista chinês da dinastia Song do Norte Shen Kuo promoveu a teoria da mudança climática gradual ao longo de séculos, uma vez que antigos bambus petrificados foram encontrados preservados no subsolo na zona de clima seco e região árida do norte de Yanzhou, agora moderna Yan'an, província de Shaanxi, longe das áreas de clima mais quente e húmido da China, onde os bambus normalmente crescem.Chan, Alan Kam-leung and Gregory K. Clancey, Hui-Chieh Loy (2002). Historical Perspectives on East Asian Science, Technology and Medicine. Singapore: Singapore University Press. p. 15. .Needham, Joseph. (1959). Science and Civilization in China: Volume 3, Mathematics and the Sciences of the Heavens and the Earth. Cambridge University Press. pp. 603–618.

A conversão do leste da América do Norte nos séculos XVIII e XIX de floresta para terras agrícolas trouxe mudanças óbvias durante a vida humana. Desde o início do século XIX, muitos acreditavam que a transformação estava a alterar o clima da região – provavelmente para melhor. Quando os agricultores na América, apelidados de "sodbusters", tomaram conta das Grandes Planícies, eles sustentaram que "a chuva segue o arado". Outros especialistas discordaram, e alguns argumentaram que o desmatamento causava rápido escoamento da água da chuva e inundações, e poderia até resultar em redução das chuvas. Académicos europeus, convencidos da superioridade da sua civilização, diziam que os orientais do antigo Oriente Próximo haviam convertido imprudentemente as suas terras outrora exuberantes em desertos empobrecidos.

Enquanto isso, as agências meteorológicas nacionais começaram a compilar massas de observações confiáveis de temperatura, chuva e afins. Quando esses números foram analisados, eles mostraram muitas subidas e descidas, mas nenhuma mudança constante de longo prazo. No final do século XIX, a opinião científica voltou-se decisivamente contra qualquer crença na influência humana sobre o clima. E quaisquer que fossem os efeitos regionais, poucos imaginavam que os humanos pudessem afetar o clima do planeta como um todo.

Mudanças paleoclimáticas e teorias das suas causas, século XIX ligação=https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/86/Siebenschneiderstein_1.jpg/220px-Siebenschneiderstein_1.jpg|miniaturadaimagem|Erráticos, pedregulhos depositados por glaciares longe de quaisquer glaciares existentes, levaram os geólogos à conclusão de que o clima havia mudado no passado. ligação=https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/df/Fourier2_-_restoration1.jpg/220px-Fourier2_-_restoration1.jpg|miniaturadaimagem|Joseph Fourier ligação=https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/d/d5/James_Croll.jpg/220px-James_Croll.jpg|miniaturadaimagem|James Croll A partir de meados do século XVII, os naturalistas tentaram conciliar a filosofia mecânica com a teologia, inicialmente dentro de uma escala de tempo bíblica. No final do século XVIII, houve uma crescente aceitação de épocas pré-históricas. Os geólogos encontraram evidências de uma sucessão de eras geológicas com as alterações climáticas. Haviam várias teorias concorrentes sobre essas mudanças; Buffon propôs que a Terra havia começado como um globo incandescente e estava a arrefecer muito gradualmente. James Hutton, cujas ideias de mudança cíclica em grandes períodos foram mais tarde apelidadas de uniformitarismo, estava entre aqueles que encontraram sinais de atividade glaciar passada em lugares muito quentes para os glaciares nos tempos modernos.

Em 1815, Jean-Pierre Perraudin descreveu pela primeira vez como os glaciares poderiam ser responsáveis pelas rochas gigantes vistas nos vales alpinos. Enquanto caminhava no Vale de Bagnes, ele notou gigantescas rochas de granito espalhadas pelo estreito vale. Ele sabia que seria necessária uma força excecional para mover rochas tão grandes. Ele também notou como os glaciares deixavam listras na terra e concluiu que era o gelo que havia carregado as pedras para os vales.

A sua ideia foi inicialmente recebida com descrença. Jean de Charpentier escreveu: "Achei a sua hipótese tão extraordinária e tão extravagante que considerei que não valia a pena examinar ou mesmo considerar". Apesar da rejeição inicial de Charpentier, Perraudin acabou por convencer Ignaz Venetz de que poderia valer a pena estudar. Venetz convenceu Charpentier, que por sua vez convenceu o influente cientista Louis Agassiz de que a teoria glaciar tinha mérito.

Agassiz desenvolveu uma teoria do que chamou de "Idade do Gelo" - quando os glaciares cobriam a Europa e grande parte da América do Norte. Em 1837 Agassiz foi o primeiro a propor cientificamente que a Terra esteve sujeita a uma era glaciar passada.E.P. Evans: The Authorship of the Glacial Theory, North American review. / Volume 145, Issue 368, July 1887. Accessed on 25 February 2008. William Buckland foi um dos principais proponentes na Grã-Bretanha da geologia do dilúvio, mais tarde apelidada de catastrofismo, que explicava os pedregulhos erráticos e outros "diluvium" como relíquias do dilúvio bíblico. Isso foi fortemente contestado pela versão de Charles Lyell do uniformitarismo de Hutton e foi gradualmente abandonado por Buckland e outros geólogos catastrofistas. Uma viagem de campo aos Alpes com Agassiz em outubro de 1838 convenceu Buckland de que as características na Grã-Bretanha haviam sido causadas pela glaciação, e tanto ele quanto Lyell apoiaram fortemente a teoria da idade do gelo que se tornou amplamente aceite na década de 1870.

Antes que o conceito de eras glaciares fosse proposto, Joseph Fourier, em 1824, raciocinou com base na física que a atmosfera da Terra mantinha o planeta mais quente do que seria no vácuo. Fourier reconheceu que a atmosfera transmitia ondas de luz visíveis de forma eficiente para a superfície da Terra. A Terra então absorvia a luz visível e emitia radiação infravermelha em resposta, mas a atmosfera não transmitia o infravermelho de forma eficiente, o que, portanto, aumentava as temperaturas da superfície. Ele também suspeitava que as atividades humanas pudessem influenciar o equilíbrio de radiação e o clima da Terra, embora se concentrasse principalmente nas mudanças no uso do solo. Num artigo de 1827, Fourier afirmou:O estabelecimento e o progresso das sociedades humanas, a ação das forças naturais, podem alterar notavelmente, e em vastas regiões, o estado da superfície, a distribuição da água e os grandes movimentos do ar. Tais efeitos são capazes de fazer variar, ao longo de muitos séculos, o grau médio de calor; porque as expressões analíticas contêm coeficientes relativos ao estado da superfície e que influenciam muito a temperatura.O trabalho de Fourier baseou-se em descobertas anteriores: em 1681, Edme Mariotte observou que o vidro, embora transparente à luz solar, obstrui o calor radiante. Por volta de 1774, Horace Bénédict de Saussure mostrou que objetos quentes não luminosos emitem calor infravermelho e usou uma caixa isolada com tampo de vidro para capturar e medir o calor da luz solar..

O físico Claude Pouillet propôs em 1838 que o vapor de água e o dióxido de carbono poderiam prender o infravermelho e aquecer a atmosfera, mas ainda não havia evidências experimentais de que esses gases absorvessem calor da radiação térmica.