Ef það er eitt sem báðar hliðar loftslagsumræðunnar geta verið sammála um, þá er það sú staðreynd að loftslag hefur breyst áður af náttúrulegum völdum. Löngu fyrir iðnbyltinguna, þá urðu á Jörðinni miklar sveiflur í hitastigi til hlýnunar og kólnunar. Sumir hafa dregið þá ályktun af því að fyrst loftslag breyttist til forna, þá hljóti náttúran að valda núverandi hlýnun jarðar. Sú niðurstaða er öfugt við það sem ritrýnd vísindi bjóða upp á.

Loftslag okkar stjórnast af ákveðinni reglu: þ.e. þegar bættur er við meiri hiti, þá eykst hnattrænt hitastig. Á móti þá má segja að ef loftslag missir hita, þá fellur hnattrænt hitastig. Segjum að Jörðin sé í jákvæðu orkuójafnvægi. Meiri hiti kemur inn í andrúmsloftið en geislast út í geim. Þetta kallast geislunarálag (e. radiative forcing), þ.e. breyting í orkuflæði við efra borð andrúmsloftsins. Þegar Jörðin verður fyrir jákvæðu geislunarálagi, tekur loftslag við auknum hita og hnattrænt hitastig Jarðar eykst (ekki jafnt og þétt, innri breytileiki í loftslagi veldur óreglulegum sveiflum – suði).

En hversu mikið breytist hitastig við gefið geislunarálag? Það er áætlað út frá jafnvægissvörun (e. climate sensitivity) loftslagsins. Því hærri sem jafnvægissvörunin er því meiri verða breytingar í hitastigi. Algengasta leiðin til að lýsa jafnvægissvörun er breyting á hnattrænum hita ef styrkur CO2 í andrúmsloftinu er tvöfaldaður (og miðað við jafnvægisástand). Hvað þýðir þetta? Hægt er að reikna út hversu mikla orku CO2 dregur í sig, með kóðum sem reikna flutning geislunnar (e. radiative transfer codes). Þær niðurstöður hafa verið staðfestar með gervihnatta og yfirborðsmælingum. Geislunarálag við tvöföldun á CO2 er 3,7 Wm^-2 (IPCC AR4 kafli 2.3.1)

Þannig að þegar við tölum um jafnvægissvörun miðað við tvöföldun á CO2, þá erum við að tala um hvaða breyting verði á hitastigi jarðar við geislunarálag upp á 3,7 Wm^-2. Álagið þarf þó ekki að koma frá CO2. Það getur komið frá öllum þáttum sem valda orkuójafnvægi.

En hversu mikið hlýnar við tvöföldun á CO2? Ef loftslagið væri laust við svörun (e. feedback), þá myndi hitastig jarðar hækka um 1,2°C (Lorius 1990). En svo er ekki, loftslagið bregst við bæði magnandi og dempandi svörunum (e. positive/negative feedback). Sterkasta magnandi svörunin er vatnsgufa. Þegar hiti eykst, þá eykst einnig vatnsgufa í andrúmsloftinu. Vatnsgufa er gróðurhúsalofttegund sem eykur á hlýnunina, sem aftur eykur vatnsgufuna og svo koll af kolli. En það eru einnig dempandi svörun í loftslaginu, en meiri vatnsgufa í andrúmsloftinu getur aukið skýjamyndun sem getur endurkastað inngeislun sólar – kælandi áhrif.

Hver er heildar svörunin? Hægt er að reikna jafnvægissvörun frá niðurstöðum beinna og óbeinna mælinga. Nauðsynlegt er að notast við tímabil þar sem hiti er þekktur og hvaða geislunarálag var að verki sem hafði áhrif á loftslagið. Ef það er þekkt, er hægt að reikna út jafnvægissvörun.  Mynd 1 sýnir samantekt á ritrýndum niðurstöðum þar sem áætuð hefur verið jafnvægissvörun út frá fortíðinni (Knutti & Hegerl 2008).

Mynd 1: Dreifing og svið jafnvægissvörunar frá mismunandi sönnunargögnum. Hringur gefur til kynna liklegasta gildið. Þykku lituðu línurnar  líklegt gildi (yfir 66% líkur) og þunnu lituðu línurnar gildi sem eru mjög líkleg (yfir 90%). Brotalínur sýna mörk efstu gilda. Svið gilda sem er líklegast miðað við IPCC (2-4,5°C) og líklegasta gildið (3°C) er sýnt með grárri súlu og svartri línu.

Mat á jafnvægissvörun miðað við gildi beinna mælinga (e. instrumental record) eru mörg. Töluverðar rannsóknir hafa verið gerðar á breytingum á hitastigi yfir jörð og hafi á tuttugustu öld og mati á geislunarálagi. Margar aðferðir hafa verið notaðar – mis flókin líkön, tölfræðileg líkön og orkujafnvægis útreikningar. Gervihnattagögn til að meta geislunarbúskap hefur einnig verið notað til að meta jafnvægissvörunina.

Nýlegar greiningar hafa notað vel skilgreint geislunarálag og viðbrögð við stórum eldgosumsíðustu aldar. Nokkrar hafa skoðað fornloftslag síðusut þúsund árin eða tímabilið fyrir sirka 12 þúsund árum – þegar Jörðin var á leið út úr síðasta kuldaskeiði Ísaldar.

Hvað er hægt að álykta út frá þessu? Við höfum fjöldan allan af óháðum rannsóknum þar sem skoðuð hafa verið mismunandi tímabil og skoðuð mismunandi þættir loftslag með mismunandi aðferðum. Allar rannsóknirnar gefa svipaða niðurstöðu yfir svið jafnvægisvörunarinnar með líklegasta gildi í kringum 3°C fyrir tvöföldun á CO2.

Þau benda því til þess að magnandi svörun sé ríkjandi við gefið geislunarálag. Það er ekkert sem bendir til þess að sú svörun sé mjög há eða mjög lág.

CO2 veldur því að hiti safnast fyrir í loftslaginu. Geislunarálagið frá CO2 er vel þekkt og hefur verið staðfest með beinum mælingum. Viðbrögð loftslagsins við þessa aukningu á hita hefur verið ákvarðað með jafnvægissvöruninni.

Það er því kaldhæðnislegt að þegar efasemdamenn benda á það að loftslag hafi áður breyst, þá eru þeir í raun að benda á háa jafnvægissvörun og magnandi svörun. Hærri jafnvægissvörun þýðir meiri viðbrögð loftslagsins við geislunarálagi CO2 – fyrri loftslagsbreytingar eru í raun og veru stór þáttur í þeim gögnum sem benda til þess að maðurinn sé nú að hafa áhrif á loftslag Jarðar.