I nuclei di ghiaccio e i fondali marini profondi forniscono il miglior record disponibile di variazioni della temperatura globale e del contenuto di CO2 dell'atmosfera risalente a 800.000 anni fa. I dati mostrano una chiara periodicità nelle temperature globali che si pensa sia collegata al ciclo di Milankovitch.
Nel 1920, Milutin Milankovitch, un matematico serbo, propose che i sottili cambiamenti nell'orbita terrestre attorno al Sole potessero spiegare un ciclo di circa 100.000 anni di glaciazione visto da prove geologiche. L'inclinazione dell'asse terrestre oscilla leggermente su un ciclo di 41.000 anni - l'eccentricità dell'orbita terrestre si sposta da quasi circolare a più ellittica e torna indietro su un ciclo di 413.000 anni - e sovrapponendo che non hai solo la precessione degli equinozi, che è una vibrazione intrinseca nella rotazione assiale della Terra su un ciclo di 26.000 anni, ma anche una precessione dell'intera orbita terrestre su un ciclo di 23.000 anni.
I dati del nucleo di ghiaccio mostrano una concordanza approssimativa tra la glaciazione e la sincronicità di questi cicli orbitali. Anche se non vi sono cambiamenti significativi nella quantità media di radiazione solare che raggiunge la Terra durante il periodo della sua orbita annuale, i cambiamenti orbitali possono portare a un aumento dell'ombreggiamento polare e del raffreddamento.
Una volta che il ghiaccio inizia ad avanzare dai poli, può svilupparsi un circuito di feedback positivo, poiché più ghiaccio aumenta l'albedo della superficie terrestre e riflette più calore del Sole nello spazio, riducendo così le temperature globali medie.
Si pensa che ciò che limiti l'avanzamento del ghiaccio sia l'aumento della CO2 nell'atmosfera, che può essere misurata dalle bolle d'aria intrappolate nei nuclei di ghiaccio. Una maggiore formazione di ghiaccio porta a un'area di terra meno esposta per la fotosintesi e gli agenti atmosferici delle rocce di silicato per rimuovere CO2 dall'atmosfera. Quindi più ghiaccio si forma, più CO2 si accumula nell'atmosfera - il che provoca un aumento delle temperature globali medie, che limita la formazione di ghiaccio in corso.
Naturalmente è vero il contrario in una fase di fusione del ghiaccio. Lo scioglimento del ghiaccio segue anche un circuito di feedback positivo poiché meno ghiaccio significa meno albedo, il che significa che una minore radiazione solare viene riflessa nello spazio e significa che le temperature globali aumentano. Ma ancora una volta, la CO2 diventa il fattore limitante. Con un terreno più esposto, più CO2 viene prelevata dall'atmosfera da foreste fotosintetizzanti e dagli agenti atmosferici delle rocce. Un conseguente calo della CO2 atmosferica raffredda il pianeta e quindi limita lo scioglimento dei ghiacci in corso.
Ma qui sta il problema. Ora siamo in una fase di scioglimento del ghiaccio del ciclo di Milankovitch, in cui l'orbita terrestre è più vicina alla circolare e l'inclinazione della Terra è più vicina alla perpendicolare. Ma i livelli di CO2 non stanno diminuendo, in parte perché abbiamo abbattuto molti alberi e foreste, ma principalmente a causa della produzione antropogenica di CO2. Senza il fattore limitante del calo di CO2 che abbiamo visto nei precedenti cicli di Milankovitch, presumibilmente il ghiaccio continuerà a sciogliersi man mano che l'albedo della superficie terrestre diminuisce.
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