过去5亿年里，地球高温期一般与大气中二氧化碳浓度较高的时期相吻合，反之亦然。目前，科学家正研究地球历史上的气候变迁，以预测今后大气中二氧化碳浓度上升时地球气候会发生怎样的变化，而不仅仅依靠计算机模型的预测。

研究地球历史上的气候变迁可利用各种各样的线索。岩石可以揭示它们形成时期的环境信息，如许多岩石只能在有液态水的地方才会形成。测量南极冰盖中微气泡里的二氧化碳含量，能了解过去大气中二氧化碳的浓度，但可回溯的时间并不长。要了解更久远时期大气中二氧化碳浓度，必须用间接方法，如建立模型来研究各种长期影响大气中二氧化碳水平的因素。这些模型能显示数千万年来大气中二氧化碳平均含量的变化，但是无法提供短期波动的信息。测量植物叶片化石的气孔密度，也可以了解过去大气中二氧化碳的浓度。另外，还可以测量浅海贝类化石中硼、钙的比例，因为这个比例和这些贝类生长时的海洋酸度有关，而海洋酸度又与大气中二氧化碳水平相关联。

 研究过去的气候变化能够更好地了解地球的气候敏感性。气候敏感性，是指当大气中二氧化碳浓度增加一倍时的辐射强迫所产生的全球平均温度变化。根据相关研究，如果其他条件保持不变，大气中二氧化碳含量每增加一倍，地球平均气温将上升1摄氏度。但是，当地球气候变暖时，很多因素都会跟着一起变化。例如，气候变暖使大气中包含更多水蒸气，而水蒸气是一种强力的大气保温气体；气候变暖还会减少积雪和缩小海洋的覆盖范围，这将导致被反射回太空的太阳辐射减少，从而导致气温进一步升高。

联合国有关机构最近预测：在考虑了这些反馈效应之后，计算机模型得出的气候敏感性在2～4.5摄氏度之间，最佳估计值为3摄氏度。其实，计算机模型只考虑了对变暖效应的快速反馈，而那些几十年或几百年之后才会显现的反馈，例如陆地冰原范围的变化则被忽略了。因此，真正的气候敏感性可能比计算机模型预测的更高。

由于现有的气候模型无法考虑长期反馈的影响，要获得更确切的气候敏感性，唯一的途径是研究过去大气中二氧化碳浓度增加对地球气候的影响。为了使结果更准确，科学家研究了和现在相似的上新世早期（约450万年前），当时大气中二氧化碳浓度约为400ｐｐｍ（1ｐｐｍ＝百万分之一），仅比现在高一点，但当时的地球平均气温却比现在高3摄氏度，海平面比现在高25米，而永久冰盖面积也比现在小。对上新世的研究发现，当时的气候敏感性为二氧化碳浓度每增加一倍，平均气温升高4.5摄氏度。

如果现在大气中二氧化碳浓度增加一倍，那么可以【 】，短期内地球平均气温会升高3摄氏度左右，而且在接下去的几百年里，气温还将持续【 】，被全球气候变暖困扰的人类将面临更大的危机。