Sur la base de reconstitutions paléo-climatiques, on a vu dans le passé que des teneurs élevées de CO2 dans l’atmosphère ont été associées à des climats beaucoup plus chauds qu’aujourd’hui... mais dans un contexte tectonique tout autre que maintenant (il y a plusieurs millions d’années en arrière). Des indices géologiques laissent entrevoir une hausse marquée des températures planétaires il y a 55 millions d’années lors d’un épisode appelé le "Maximum Thermique Paléocène-Eocène", vraisemblablement lié à de très fortes et très rapides émanations de méthane. A cette époque, les températures moyennes de la planète étaient d'environ 5°C de plus qu’aujourd’hui.

Plus proche de notre ère, les cycles de glaciations et de périodes interglaciaires que l’on subit depuis plus de 3 millions d’années sont aussi en partie lié à un effet de serre naturel. En effet, si une large partie du cycle glaciaire-interglaciaire est dominé par les paramètres astronomiques de la Terre (les cycles de Milankovitch), ces paramètres seuls n’expliquent pas la vitesse à laquelle une calotte glaciaire peut fondre à la fin d’une ère glaciaire. Ce qui se passe dans ce cas, c’est que lorsque les grands glaciers qui stationnent sur l’Amérique du Nord et sur une partie de l’Asie et de l’Europe commencent à dégeler, le terres libérées par la glace sont rapidement colonisées par la végétation. La présence d’une activité biologique importante suite au début du dégel augmente les quantités de CO2 et de méthane dans l’atmosphère, ce qui augmente l’effet de serre. L’effet de serre ainsi renforcé agit comme un accélérateur qui achève la phase de dégel à la fin d’une ère glaciaire, dégel qui serait beaucoup plus long autrement...