Al llarg de la història del clima de la Terra (paleoclima), el seu clima ha fluctuat entre dos estats principals: la Terra hivernacle i Terra nevera. Aquests dos estats climàtics duren milions d'anys i no s'han amb les edats glacials i interglacials, que són molt més breus i són fases alternants dins d'un mateix període de nevera (o època glacial) i solen durar menys d'un milió d'anys. Es coneixen cinc episodis de Terra nevera en la història climàtica de la Terra: la glaciació huroniana, la criogeniana, l'andinosahariana (o del Paleozoic inferior), la del Paleozoic superior i la del Cenozoic superior.
Sembla que els principals factors que influeixen en el paleoclima són la concentració atmosfèrica de gasos d'efecte hivernacle com el diòxid de carboni (CO₂) i, en menor mesura, el metà (CH₄), juntament amb les variacions en l'òrbita de la Terra, els canvis a llarg termini en la constant solar i els canvis orogènics resultants de la tectònica de plaques. Els períodes nevera i hivernacle han tingut un paper clau en l'evolució de la vida a la Terra, forçant l'adaptació i el canvi en els éssers vius a escales espacials diferents al llarg del temps.970x970px|miniatura|Cronologia dels cinc períodes nevera coneguts (blau). Els altres períodes tenien condicions d'hivernacle.
Terra hivernacle La «Terra hivernacle» és un període en el qual no hi ha glaceres continentals en cap part del planeta. A més a més, els nivells de diòxid de carboni i altres gasos d'efecte hivernacle (com ara el vapor d'aigua i el metà) són alts i les temperatures de la superfície del mar (TSM) van des de 28 °C als tròpics fins a 0 °C a les regions polars. La Terra ha estat en un estat d'hivernacle durant un 85% de la seva història.
No s'ha de confondre amb un hipotètic efecte hivernacle descontrolat, que és un punt de no retorn que correspon a la situació actual del planeta Venus. El Grup Intergovernamental d'Experts sobre el Canvi Climàtic (GIECC) afirma que «la probabilitat que les activitats antropogèniques provoquin un "efecte hivernacle descontrolat", anàleg a[l que pateix] Venus, és pràcticament nul·la».
Causes Hi ha diverses teories sobre els factors que desencadenen una Terra hivernacle. Els indicadors paleoclimàtics mostren una forta correlació entre l'estat hivernacle i nivells alts de CO₂. Tanmateix, cal tenir en compte que els nivells alts de CO₂ són un indicador del clima de la Terra i no una causa independent. Altres fenòmens probablement han tingut un paper clau en el clima global a través de les alteracions dels corrents oceànics i atmosfèrics i l'augment de la radiació solar neta que absorbeix l'atmosfera terrestre. Aquests fenòmens poden ser, per exemple, desplaçaments tectònics que provoquen l'alliberament de gasos d'efecte hivernacle (com el CO₂ i el CH₄) per vulcanisme. Els volcans actius deixen anar quantitats ingents de CO₂ i metà que poden capturar prou calor per engegar un efecte hivernacle. A la Terra, les concentracions atmosfèriques de gasos d'efecte hivernacle com el diòxid de carboni i el metà són altes, de manera que capturen energia solar a l'atmosfera mitjançant l'efecte hivernacle. El metà, el principal component del gas natural, és el responsable de més d'un quart de l'escalfament global actual. És un contaminant potentíssim, amb un potencial d'escalfament global de vuitanta vegades el del CO₂ en els vint anys següents al seu alliberament atmosfèric. Un augment de la constant solar fa que l'atmosfera terrestre absorbeixi més energia solar, mentre que les variacions en l'obliqüitat i l'excentricitat de la Terra augmenten la radiació solar neta que absorbeix l'atmosfera terrestre.
Terra nevera
miniatura|Il·lustració d'una Terra nevera al màxim glacial La Terra es troba actualment en un estat nevera, amb casquets glacials als dos pols. Els indicadors paleoclimàtics indiquen que les concentracions de gasos d'efecte hivernacle tendeixen a caure en una Terra nevera. De manera similar, les temperatures globals també són més baixes. La Terra fluctua entre períodes glacials i interglacials i la mida i la distribució dels casquets glacials continentals fluctuen dràsticament. La fluctuació dels casquets glacials provoca canvis en les condicions climàtiques regionals que afecten la distribució de nombroses espècies terrestres i oceàniques. A escales d'entre milers i centenars de milions d'anys, el clima de la Terra ha oscil·lat entre intervals freds i intervals calents dins d'un espectre propici a la vida. En l'eó Fanerozoic hi ha hagut tres períodes de glaciació (en l'Ordovicià, el Carbonífer i el Cenozoic), cadascun dels quals ha durat desenes de milions d'anys i han portat gel fins al nivell del mar a latituds mitjanes. En aquests intervals frígids de nevera, el nivell del mar, els nivells de CO₂ a l'atmosfera, la fotosíntesi neta i l'embornal del carboni eren més baixos, mentre que el vulcanisme oceànic era menys actiu que en els intervals d'hivernacle. Les transicions dels intervals de nevera als intervals d'hivernacle durant el Fanerozoic coincideixen amb crisis biòtiques o extincions massives, cosa que fa pensar en processos complexos de retroalimentació entre la biosfera i la hidrosfera.
Els períodes glacials i interglacials tendeixen a alternant-se seguint l'oscil·lació solar i climàtica fins que la Terra acaba tornant a un estat hivernacle.
L'actual estat nevera, la glaciació del Quaternari, començà fa uns 2,58 milions d'anys. Tanmateix, fa uns 34 milions d'anys que hi ha un casquet glacial a l'Antàrtida. Actualment, la Terra es troba en un període interglacial poc rigorós que començà fa uns 11.800 anys. La Terra probablement entrarà en un altre període interglacial com l'Eemià, que es produí fa entre 115.000 i 130.000 anys i en el qual es pot observar que hi havia boscos al cap Nord (Noruega) i hipopòtams als rius Rin i Tàmesi. Hom espera que la Terra continuï alternant entre períodes glacials i interglacials fins a la fi de la glaciació del Quaternari, quan entrarà en un nou estat hivernacle.
Causes Ha quedat demostrat que hi ha una forta correlació entre nivells de CO₂ baixos i un estat nevera.Woodard, S. C., & Thomas, D. J. (2012). Oceanic and atmospheric response to climate change over varying geologic timescales. Universitat de Texas A&M. Tanmateix, això no vol dir que la davallada dels nivells de CO₂ a l'atmosfera siguin una causa primària de la transició a un estat hivernacle. Més aviat, podria ser un indicador d'altres processos solars, geològics i atmosfèrics.
Les causes potencials d'estats nevera anteriors inclouen el moviment de les plaques tectòniques i l'obertura i el tancament de vies oceàniques. Sembla que tenen un paper clau per portar la Terra a un estat nevera, car els desplaçaments tectònics transporten aigua freda de les profunditats fins a la superfície de l'oceà i contribueix a la formació de casquets glacials als pols. En són exemples l'obertura del pas de Tasmània fa 36,5 milions d'anys, que separà Austràlia de l'Antàrtida, i l'obertura del pas de Drake 32,8 milions d'anys enrere per la separació de Sud-amèrica i l'Antàrtida, que han contribuït tant en un cas com en l'altre al desenvolupament del casquet glacial de l'Antàrtida. El tancament de l'istme de Panamà i de la via marina indonèsia fa entre 3 i 4 milions d'anys també podria haver impulsat l'estat nevera actual de la Terra. Hom ha proposat que l'evolució de les plantes terrestres fou un dels factors que desencadenaren la glaciació de l'Ordovicià. Segons aquesta hipòtesi, el ràpid augment de la biomassa fotosintètica retirà gradualment CO₂ de l'atmosfera i el substituí per cada vegada més O₂, cosa que hauria provocat un refredament global. Un possible desencadenant de la glaciació del Quaternari és la col·lisió del subcontinent indi amb Euràsia per formar l'Himàlaia i l'altiplà del Tibet. Segons aquesta hipòtesi, el sorgiment continental resultant hauria deixat al descobert quantitats ingents de silicats (CaSiO₃) no alterats que haurien reaccionat amb el CO₂ per generar CaCO₃ (calç) i SiO₂ (sílice). El CaCO₃ hauria acabat a l'oceà, on l'hauria absorbit el plàncton. A la mort d'aquests organismes, haurien caigut al fons de l'oceà, on el carboni hauria quedat atrapat fora de l'atmosfera.
Períodes glacials i interglacials
Dins dels estats nevera, hi ha períodes glacials i interglacials en els quals els casquets glacials creixen o minven, respectivament. Les causes principals dels períodes glacials i interglacials són les variacions en el moviment de la Terra al voltant del Sol. Els components astronòmics, descoberts pel geofísic serbi Milutin Milanković i coneguts actualment com a cicles de Milanković, inclouen l'obliqüitat de l'eclíptica de la Terra, la seva excentricitat orbital i la precessió de la rotació de la Terra. L'obliqüitat de l'eclíptica tendeix a fluctuar de 21,5 ° a 24,5 ° i de nou cap a 21,5 ° cada 41.000 anys en l'eix vertical. Això afecta l'estacionalitat a la Terra, car un canvi en la radiació solar arriba a certes parts del planeta més sovint quan l'obliqüitat és alta, mentre que una obliqüitat menys pronunciada redueix les diferències entre les estacions arreu del món. Els canvis es poden veure en els testimonis de gel, que també contenen proves que durant les èpoques glacials (màxima extensió dels casquets glacials), l'atmosfera tenia nivells més baixos de diòxid de carboni. Això podria tenir a veure amb l'augment o la redistribució de l'equilibri àcid-base amb ions bicarbonats i carbonats que influeixen en l'alcalinitat. Només un 20% de la durada d'un episodi nevera consisteix en interglacials. Les simulacions apunten que l'actual estat climàtic interglacial continuarà com a mínim 100.000 anys més per culpa de les emissions de CO₂ i que tot l'hemisferi nord quedarà desglaçat.
Terra bola de neu