Trditev, da CO₂ povzroča ogrevanje ozračja, je dobro podprta s fizikalnimi zakoni kot tudi z desetletji meritev v laboratorijih. Poleg tega je trditev podprta tudi s satelitskimi in prizemnimi meritvami, ki vse kažejo na povečan toplogredni učinek pri valovnih dolžinah, kjer absorbira in seva CO₂. Kako torej, ob tako močnih dokazih o vzročni povezavi med koncentracijo CO₂ in temperaturo, lahko pojasnimo obdobja, ko se trenda koncentracije CO₂ in temperature ne ujemata ali sta celo nasprotna? Najbolj pogosto omenjan tak primer je obdobje po letu 2002. Od leta 2002 do leta 2008 ni v poteku globalne temperature zaznati praktično nobenega trenda, medtem ko je koncentracija CO₂ konstantno naraščala. Če povečana koncentracija CO₂ povzroča globalno ogrevanje, bi torej morala globalna temperatura v tem obdobju konstantno naraščati.

Slika 1. Potek povprečne letne globalne koncentracije CO₂ (NOAA) in odklon povprečne letne globalne temperature (GISS) v obdobju 2002-2008.

Nekajletno obdobje je za računanje trendov odločno prekratko. Zadnjih nekaj let moramo postaviti v okvir daljšega obdobja (vsaj nekaj deset let), da lahko razložimo in razumemo, kaj se v resnici dogaja s podnebjem. Ob primerjavi poteka koncentracije CO₂ in temperature v daljšem obdobju (1964-2008) je kaj hitro jasno, da se ob dolgoročnem trendu ogrevanja redno pojavljajo krajša hladna obdobja. Ta so posledica drugih (naravnih) dejavnikov, ki prav tako kot CO₂ oblikujejo podnebje.

Slika 2. Potek povprečne letne globalne koncentracije CO₂ (NOAA) in odklon povprečne letne globalne temperature (GISS) v obdobju 1964-2008.

Naravna spremenljivost podnebja povzroča precej dramatične poraste in padce v poteku temperature, posebej, če potek temperature primerjamo z njenim vztrajno rastočim trendom. Ob takem stohastičnem poteku temperature lahko vedno najdemo krajša obdobja, ko ni zaznati rastočega trenda ali pa je ta celo obrnjen. Na primer, v obdobjih 1977–1985 in 1981–1989 praktično ni zaznati pozitivnega temperaturnega trenda, koncentracija CO₂ pa je konstantno naraščala. Če bi ti dve obdobji vzeli iz konteksta daljšega predhodnega obdobja (tako kot so to naredili za zadnjih nekaj let), bi lahko leta 1985 in leta 1989 zaključili, da se je globalno segrevanje ustavilo.

Slika 3. Potek povprečne letne globalne koncentracije CO₂ (NOAA) in odklon povprečne letne globalne temperature (GISS) v obdobju 1977-1985 in obdobju 1981-1989.

Kaj je torej vzrok za spremenljivost podnebja v manjši časovni skali? Glavni vzrok je nihanje oceanskih tokov. Ti prenašajo toploto od ekvatorja proti polom z izmenjavo toplote med toplejšim ozračjem in hladnejšim oceanom v tropih in obratno v višjih geografskih širinah. Nihanje oceanskih tokov (z nekajletnim ciklom) ima zelo velik vpliv na spremenljivost podnebja v časovni skali nekaj let. Najbolj izrazito in tudi najbolj poznano takšno oceansko nihanje je El Ninjo-južna oscilacija (ENSO), ki zajema velik del južnega Pacifika. Leta 2008 je bil Pacifik v zelo močni La Nina fazi. To pomeni, da je bila temperatura zgornje plasti Pacifika v celotnem tropskem pasu močno pod povprečjem, posledično pa je bila tudi temperatura ozračja v tej regiji pod povprečjem. ENSO pa nima le lokalnega vpliva na podnebje tropskega Pacifika, ampak ima močan vpliv tudi na podnebje Južne Amerike,Vzhodne in Jugovzhodne Azije ter Avstralije. V istem času je bila v fazi minimuma tudi sončeva aktivnost. Sončeva aktivnost niha s približno 11-letnim ciklom, njen vpliv na globalno temperaturo pa ima amplitudo okoli 0,1 °C. Zelo močna La Nina faza in minimum Sončeve aktivnosti skupaj sta vzrok za nekoliko nižje globalne temperature okoli leta 2008.

Obdobje zadnjih nekaj let je dober primer, kako lahko pridemo do napačnih zaključkov, če samostojno obravnavamo samo košček problema, ne da bi ga umestili v širši okvir. V primeru, da se pri analizi temperaturnih trendov osredotočimo samo na nekaj let, lahko napačno zaključimo, da se je segrevanje podnebja ustavilo. Ko pa to kratko obdobje umestimo v širši okvir (nekaj desetletij skupaj), hitro odkrijemo veliko nekajletno spremenljivost podnebja in vztrajen pozitiven trend v daljšem obdobju. Če poznamo mehanizme, ki vplivajo na spremenljivost podnebja, lahko razumemo, da je ohlajanje zadnjih nekaj let posledica spremenljivosti podnebja v manjši časovni skali, ki je le začasno zakrilo dolgoročen trend segrevanja podnebja. Kaj pa ohlajanje v daljši časovni skali? Je bilo v Zemljini zgodovini (npr. v prejšnjem stoletju) kdaj zaznati časovno daljše ohlajanje in kako pomembno je to?

Slika 4. Potek koncentracije CO₂ in temperaturnega odstopanja v preteklem stoletju. Zelena krivulja prikazuje koncentracije CO₂ izmerjene v ledenih vrtinah iz vzhodne Antarktike (Law Dome, CDIAC). Modra krivulja prikazuje koncentracije CO₂ izmerjene na Mauna Loi, Hawai (NOAA). Rdeča krivulja pa prikazuje odstopanje letne globalne temperature od dolgoletnega povprečja (GISS).

Na sliki 4 je prikazana primerjava koncentracije CO₂ s temperaturo v preteklem stoletju. V obdobju 1940-1970 temperaturna krivulja kaže trend ohlajanja, medtem ko koncentracije CO₂ naraščajo. To obdobje ohlajanja je dolgo kar 30 let in ga ne moremo pojasniti le z naravno spremenljivostjo podnebja zaradi oceanskih nihanj in nihanja Sončeve aktivnosti. In če povečane koncentracije CO₂ povzročajo globalno segrevanje, bi morala temperatura rasti tudi v tem 30-letnem obdobju. Zakaj se torej to ni zgodilo? Razlago moramo iskati pri ostalih dejavnikih, ki poleg CO₂ vplivajo na energijsko bilanco ozračja in sooblikujejo podnebje. Primer takega dejavnika je koncentracija aerosola v stratosferi, ki se močno poveča ob večjih vulkanskih izbruhih. Aerosol odbija kratkovalovno  svetlobo nazaj v vesolje in tako povzroči ohlajanje planeta. Po drugi strani pa kot že rečeno, povečana aktivnost Sonca pomeni povečan dotok energije v ozračje in posledično njeno ogrevanje. Na sliki 5 so prikazani še drugi mehanizmi, ki vplivajo na energijsko bilanco ozračja. Nekateri neto prejeto energijo povečajo, drugi zmanjšajo.

Slika 5. Posamezne komponente sevalnega presežka. Vrednosti komponent so prikazane relativno glede na njihovo vrednost leta 1880 (GISS). 

Ko vplive vseh komponent sevalnega presežka združimo, se potek neto sevalnega presežka zelo dobro ujema s potekom temperature (slika 6). Še vedno je pri poteku temperature opaziti nekajletno spremenljivost, ki je posledica nihanj kot je npr. ENSO. Večje odstopanje med neto sevalnim presežkom in temperaturo pa je v desetletju, ki je centrirano okoli leta 1940. To odstopanje je posledica napak v meritvah temperature nad oceani, ki so jih v tem obdobju opravljale ladje iz ZDA.

Slika 6. Potek neto sevalnega presežka in globalne temperature v zadnjem stoletju. Modra krivulja prikazuje odstopanje neto sevalnega presežka od vrednosti 1880. leta (GISS), rdeča krivulja pa odstopanje povprečne letne globalne temperature od dolgoletnega povprečja (GISS). 

Zadnji primer jasno kaže, da na podnebje ne vpliva en sam dejavnik (npr. CO₂). Ravno nasprotno. Na podnebje vpliva vrsta dejavnikov, ki med drugim lahko močno spremenijo neto sevalno bilanco ozračja. Res pa je, da je vsaj zadnjih 35 let dominantni vplivni dejavnik CO₂.