Podíváme se na dlouhodobé změny klimatu během posledních 540 milionů let (fanerozoikum). Začínáme krátkým shrnutím relevantních geologických a geochemických datových souborů, které jsou k dispozici pro rekonstrukci dlouhodobých klimatických změn. Poté se zabýváme hlavními faktory klimatu, které zřejmě vysvětlují velkou část těchto klimatických oscilací. Prvním z nich je dlouhodobý trend vývoje atmosférického CO2 v důsledku eologických procesů, zatímco druhým je ionizace atmosféry v důsledku měnícího se galaktického prostředí. Ostatní faktory, jako je albedo a geografické vlivy, mají druhotný význam. V tomto přehledu věnujeme zvláštní pozornost problémům, které mohou ovlivnit měření teploty získané z izotopů kyslíku, jako jsou dlouhodobé změny koncentrace δ180 mořské vody.
Globální změna klimatu ve všech časových měřítkách je základním aspektem vývoje Země. Tyto klimatické změny jsou způsobeny řadou faktorů, které mohou být buď vlastní, nebo vnější pro zemskou soustavu. Například na velmi dlouhých časových škálách se pomalu zvyšoval sluneční výkon, což vedlo k takzvanému paradoxu mladého slabého Slunce. Zjednodušeně řečeno: "Pokud Země přijímala méně energie ze Slunce na počátku prekambria, proč byla tehdy Země tak teplá?". Jednou z navrhovaných odpovědí je, že během prekambria se atmosférická kompozice postupně měnila ze silně redukující atmosféry s nedostatkem kyslíku a velkým množstvím skleníkových plynů (např. CO2, CH4 a NH3) na atmosféru bohatou na kyslík s výrazně nižší koncentrací skleníkových plynů. Větší koncentrace skleníkových plynů udržovala Zemi v raném prekambriu teplou. Následně byl postupný nárůst slunečního záření vyrovnáván klesajícím množstvím skleníkových plynů. Na mnohem kratší časové škále stále zjišťujeme, že globální změny klimatu jsou řízeny vnitřními a vnějšími faktory. Například erupce velkých vyvřelinových provincií (LIP) mohou přidat obrovské množství skleníkových plynů do atmosféry, které ohřívají Zemi, zatímco dopady bolidů mohou Zemi obecně ochlazovat, a to jak krátkodobě, tak i krátkodobě, i ve střednědobém měřítku. Na velmi krátkém časovém úseku (20–100 Ka) ovlivňují změny orbitálních parametrů Země, známé jako Milankovičovy cykly, množství slunečního záření dopadajícího do vysokých zeměpisných šířek. To pak ovlivňuje růst nebo ubývání ledových příkrovů, což moduluje pozemský energetický rozpočet změnou zemského albedu, a tím ovlivňuje teplotu oceánů a globální úroveň atmosférického CO2. Všimněte si však, že Milankovičova teorie má své výhrady; hlavní z nich souvisí s dominancí cyklu 100 Ka. V důsledku toho byla navržena i alternativní vysvětlení, například změny sklonu oběžné dráhy Země. Zde se zaměříme na střední časovou škálu 100 milionů let a přezkoumáme změny klimatu během fanerozoika. V tomto časovém intervalu vznikl složitý život, který produkuje četné zkameněliny, jež lze analyzovat chemickými metodami a popsat tak globální změny. Fanerozoikum se také vyznačuje relativně stabilním složením atmosféry. Podáme si přehled globálních změn klimatu v tomto časovém měřítku a ukážeme, že pozorovaná klimatická variabilita se řídí kombinací vnitřních i vnějších faktorů.