В истории Земли были периоды, когда содержание CO2 было существенно больше, чем теперь. Так, по некоторым данным, около 250 млн. лет назад концентрация CO2 составляла 7,5%, в фанерозое (570 млн. лет назад) — не более 0,3%. Предполагают, что около 1 млн. лет назад в отдельный период концентрация CO2 была в 2 раза выше современной. Что касается нынешней эпохи, то большинство исследователей сходятся в том, что сейчас содержание CO2 в атмосфере невелико.
Такова в общих чертах роль геофизических факторов естественного происхождения в формировании климата.
В этом разделе речь пойдет о внутриатмосферных факторах, регулирующих климатический режим и его изменчивость через общую циркуляцию атмосферы. Результатом взаимодействия внутриатмосферных факторов и внешних климатообразующих сил является формирование общей циркуляции атмосферы, которая в разные климатические эпохи менялась.
При анализе уравнения баланса термодинамической энергии мы отмечали, что циркуляционный механизм (Eцирк) характеризует перераспределение энергии на сфере как в горизонтальной плоскости, так и по вертикали. Этот механизм может вызвать весьма существенные климатические аномалии определенного вида в одних районах и совершенно иные — в других. При этом суммарная для сферы термодинамическая энергия может и не меняться.
Обратимся теперь к некоторым фактическим данным, иллюстрирующим роль циркуляционных факторов в изменении климата. Как уже упоминалось, зима 1657/58 г. была одной из самых холодных в районе Швеция—Дания. Средняя температура составляла около —1°С, хотя в обычные годы она была на 4° выше. Холодные зимы в этом регионе наблюдались в 1739/40, 1762/63, 1783/84, 1788/89, 1794/95, 1798/99, 1822/23, 1829/30, 1837/38, 1890/91, 1928/29 и 1941/42 гг. Часть зим приходится на малый ледниковый период, две последние же — на период потепления климата. Аномально холодная зима 1941/42 г. отмечалась в период максимума потепления климата в северном полушарии. И таких примеров, когда в отдельных регионах при общем потеплении имели место экстремально холодные условия, а при похолодании — теплые, можно привести немало. Анализ восстановленных температур по данным о кольцах деревьев в Калифорнии указывает на общее потепление климата в конце малого ледникового периода, между серединой XVII и началом XX в.
Довольно детально циркуляционные факторы климата прошлого были исследованы Лэмбом. Он подчеркивает, что для Англии за последние 290 лет квазипериодические процессы с частотой 20—25 и 45—55 лет играют существенную роль в изменении климата. Он показал, что циркуляционные условия аномальных климатических периодов, как правило, различались.
Анализ барико-циркуляционного режима в Европе показывает, что самые мягкие зимы соответствуют периоду западных и юго-западных ветров (1920—1929 гг.), теплые летние сезоны характеризуются хорошо выраженными антициклоническими типами циркуляции над Западной и Центральной Европой (1940—1949, 1976 гг.).
Десятилетия с более холодными зимами соответствуют периодам с относительно слабой циркуляцией атмосферы. Холодные летние периоды (1690—1699 и 1840—1849 гг.) также указывают на роль циркуляционных факторов в формировании подобного климатического режима. В эти периоды были смещены к югу области высокого давления и отмечалось господство ветров с северной составляющей. В конце XVIII — начале XX в. среднее положение центра Исландского минимума сместилось в северном направлении на 1,5—3° широты, обеспечив тем самым преобладание таких циркуляционных условий, которые способствуют потеплению климата в Арктике;
В периоды интенсивной атмосферной циркуляции, захватывающей Арктику, уменьшается площадь паковых льдов, льды взламываются и выносятся в соседние районы. При спокойной погоде, особенно в центре Арктики, происходит рост и накопление льда.
Частые восточные и северо-восточные ветры при наличии антициклонического режима циркуляции в Арктике приводят к формированию холодных климатических условий в Европе. Суровые зимы с господствующими восточными ветрами отмечались в 1560—1569, 1690—1699, 1820—1829, 1890—1899 гг.
В период 1930—1939 и 1940—1949 гг. над северной частью Европы преобладали антициклоны. В результате благодаря господствующим южным ветрам в западной Арктике образовались обширные пространства воды, свободной ото льда.
Имеются данные, что примерно с середины XIX в. до 1900-х годов средняя интенсивность западных ветров в южном полушарии, а также интенсивность западной циркуляции в северном полушарии возрастали. В этот период отмечались существенные колебания осадков, причем эти колебания носили ярко выраженный региональный характер.