thumb|redresse=2|Chronologie des principaux événements de l'histoire de la science du climat, de 1820 à aujourd'hui.|alt=Chronologie des principaux événements de l'histoire de la science du climat, de 1820 à aujourd'hui. L'histoire de la recherche sur le changement climatique décrit la découverte et l'étude des principes scientifiques liés au changement climatique provoqué par les activités humaines depuis le milieu du et la relation avec les changements climatiques naturels des cycles glaciaires.
L'étude systématique des changements climatiques naturels a commencé dans la première moitié du avec la reconstruction progressive des cycles glaciaires et d'autres changements environnementaux induits par le climat dans le cadre de la paléoclimatologie et de la recherche sur le Quaternaire. L'influence humaine sur le système climatique de la Terre par le biais des gaz à effet de serre a été soupçonnée dès la fin du , mais les calculs correspondants ont été fortement mis en doute jusque dans les années 1960.
Alors que l'effet de serre a été découvert dès 1824, l'effet de réchauffement du climat dû à l'augmentation constante de la concentration de dioxyde de carbone dans l'atmosphère terrestre n'a pu être quantifié que vers la fin des années 1950, grâce à l'amélioration des méthodes de mesure et à l'élargissement de la base de données. Bien que certains scientifiques aient noté que la pollution atmosphérique d'origine humaine pouvait également refroidir le climat, la recherche climatique a de plus en plus privilégié l'hypothèse d'un réchauffement à partir du milieu des années 1970. Dans les années 1990, des modèles informatiques plus avancés et une meilleure compréhension des périodes froides ont conduit au consensus suivant : les gaz à effet de serre jouent un rôle majeur dans le changement climatique, et les émissions d'origine humaine sont responsables du réchauffement planétaire en cours.
Émergence et discussions de la théorie de l'effet de serre (-1950) Premières théories de la période glaciaire En tant que l'un des pionniers du concept des temps préhistoriques, le polymathe anglais Robert Hooke soupçonne déjà vers la fin du , en se basant sur l'étude des fossiles du Jura (tels que les ammonites et les tortues de mer), que le climat du sud de l'Angleterre a dû être considérablement plus chaud au début de la période géologiqueKeith Montgomeryː Book Review and Essay: The Geology and Physical Geography of Robert Hooke (1635–1703) (PDF). University of Wisconsin. (consulté le 10 février 2015). Sur cette base, il suggère de déterminer les climats des habitats primitifs à l'aide des fossiles. Contre la croyance alors largement répandue issue du mythe de la création biblique, l'hypothèse d'une époque primitive, qui englobait des périodes considérablement plus longues que l'histoire humaine historiquement documentée, n'a pu prévaloir qu'un siècle plus tard. Au cours du siècle des Lumières et avec le développement de la géologie dans la science moderne à partir de 1750, l'idée d'une préhistoire bien plus longue que les temps bibliques a progressivement gagné du terrain. Néanmoins, de nombreux scientifiques sont alors encore influencés par des idées religieuses, comme le montre la dispute sur le basalteEinordnung des Basaltstreits - auf der Internetseite der Humboldtgesellschaft. L'ingénieur et géographe Pierre Martel apporte une première contribution à l'établissement de la théorie de la période glaciaire en 1742. Selon lui, les glaciers de Chamonix étaient autrefois beaucoup plus étendus, ce qui suggère un climat passé bien plus froid que le climat moderne. Une opinion similaire est partagée par son compatriote suisse Gottlieb Sigmund Gruner, qui, dans son livre Voyages à travers les régions les plus étranges de l'Helvétie en 1778, associe le conglomérat d'anciennes moraines terminales aux développements glaciaires antérieurs. Avec ces connaissances, Martel et Gruner ont des décennies d'avance sur leur temps. La possibilité de glaciations étendues en raison d'un climat façonné par l'ère glaciaire est soulevée à la fin du , mais l'idée est trop révolutionnaire pour être acceptée par la science.
thumb|Des blocs erratiques déposés par des glaciers loin de tout glacier existant ont conduit les géologues à la conclusion que le climat avait changé dans le passé.|alt=Des blocs erratiques déposés par des glaciers loin de tout glacier existant, ont conduit les géologues à la conclusion que le climat avait changé dans le passé. Entre 1780 et 1830, un débat fondamental, en partie motivé par la religion, prend place entre les neptunistes et les plutonistesHelge Martens: Goethe und der Basaltstreit: C. Die Neptunisten. 11. Sitzung der Humboldt-Gesellschaft am 13. Juni 1995.. Le déluge, thème central des neptunistes, constitue dans la première moitié du un véritable événement géologique, synonyme de plusieurs inondations mondiales. La controverse entre les neptunistes et les plutonistes est également devenue apparente dans le différend sur l'origine et la « migration» des blocs erratiques déposés par les glaciers de la période glaciaire dans la région alpine, dans les plaines du nord de l'Allemagne et en Scandinavie et qui sont caractéristiques des glaciers. L’énigme des rochers largement dispersés est discutée de plus en plus intensément à partir de 1760 : la théorie de la dérive, les inondations, les coulées de boue et de gravats ainsi que les éruptions volcaniques sont utilisées comme explications pour le transport de ces blocs erratiques.
À cette époque, il y a encore un long chemin à parcourir pour approfondir la compréhension de la dynamique des glaciers et de la morphologie glaciaire. Seuls les travaux et les recherches de Louis Agassiz, Jean de Charpentier, Karl Friedrich Schimper et Ignace Venetz commencent à brosser un tableau de plus en plus différencié du climat de la période glaciaire à partir de 1830 et des processus associés.
Le soleil comme cause du changement climatique ? En 1801, l'astronome William Herschel découvre qu'entre 1650 et 1800, une période plus tard connue sous le nom de petit âge glaciaire, un petit nombre de taches solaires semble être associé à de mauvaises récoltes de blé et, selon lui, à des températures inhabituellement basses.. La relation qu'il déduit entre les changements cycliques de l'activité solaire et les fluctuations naturelles du climat est cependant controversée à l'époque et sera ensuite discutée jusqu'à la fin du ...
Recherche sur l'âge glaciaire quaternaire thumb|redresse=3|Chronologie des principaux événements de l'histoire de la science du climat de 1820 à 1930.|alt=Chronologie des principaux événements de l'histoire de la science du climat, 1820 à 1930.
Jusqu'au milieu du , les partisans désormais plus nombreux de la théorie de la période glaciaire ont rassemblé tellement de preuves et de « témoins climatiques » de l'existence d'une période glaciaire antérieure qu'il devient progressivement plus difficile d'ignorer les arguments avancés. Au cours de l'exploration géologique de l'Amérique du Nord, il est également devenu clair que la phase froide observée en Europe n'était pas un phénomène régional, mais avait apparemment affecté tout l'hémisphère nord. Le modèle de l'âge glaciaire est confirmé par la découverte de traces de glaciation très anciennes en Afrique, en Australie et en Inde, qui, selon les connaissances actuelles, sont attribuées à la glaciation du permocarbonifère il y a environ d'annéesJürgen Ehlers: Das Eiszeitalter, Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2011, , S. 16..
En tant que l'un de ses représentants les plus infatigables, le naturaliste suisse Louis Agassiz (1807–1873) a fait campagne pour l'acceptation scientifique du concept de la période glaciaire. Lors de nombreux voyages, combinés à des conférences devant un public académique, et à travers la publication de plusieurs ouvrages, il apporte une contribution décisive à la vulgarisation de ses idées. Néanmoins, vers 1850, un consensus scientifique sur ce sujet n'est pas encore en vue.
Cela a été retardé principalement pour les raisons suivantes : Pour la plupart des géoscientifiques contemporains, un « hiver mondial », tel que le postulaient des chercheurs comme Karl Friedrich Schimper, signifiait un retour au catastrophisme fondé par Georges Cuvier et à la théorie du cataclysme qui lui était associée. Ce point de vue a été remplacé par le concept « moderne » d'uniformitarisme du géologue anglais Charles Lyell. En même temps que les résultats géologiques d'une période glaciaire, on trouvait aussi dans les couches stratigraphiques correspondantes des indices clairs de périodes chaudes antérieures. Cette apparente incompatibilité est devenue sans objet avec les progrès de la chronostratigraphie et de la géochronologie, notamment avec la découverte que la période glaciaire quaternaire avait été interrompue à plusieurs reprises par des interglaciaires comme la période chaude de l'Eémien. Pendant des décennies, les idées sur l'extension possible et le comportement d'écoulement des glaciers se sont orientées sur l'exemple des glaciers alpins. Tirant des conclusions globales de cette perspective locale, les géoscientifiques de l'époque rejetaient presque unanimement l'idée d'une croissance en taille de champs de glace couvrant la moitié des continents. Cette doctrine a changé radicalement avec le début de l'exploration et de la mesure de la calotte glaciaire du Groenland dans la deuxième moitié du .
À quelques exceptions près, la théorie des périodes glaciaires a été généralement acceptée au plus tard vers 1880 et est devenue un pilier important des géosciences sous la forme de la recherche sur le quaternaire.. Cependant, il a longtemps manqué un modèle théorique solide capable de décrire correctement, d'un point de vue physique, les causes des différentes périodes chaudes et froides de l'histoire de la Terre. Malgré cela, les bases de la climatologie actuelle se sont développées en partie parallèlement à la théorie des périodes glaciaires et remontent, dans leurs débuts, loin dans le .
Température, chaleur et rayonnement thermique L'utilisation généralisée des thermomètres, y compris dans les serres, a commencé dans la première moitié du (échelles de température selon Fahrenheit, Réaumur et Celsius 1724, 1730 et 1742). En 1767, Horace-Bénédict de Saussure mesurait l'intensité du rayonnement solaire dans les vallées et en hauteur sous forme de température dans des boîtes en verre superposées. Dans une version améliorée, une première « boîte de cuisson solaire », il a atteint des températures de plus de ..
L'observation de la dynamique des changements de température a conduit Joseph Black, le découvreur du dioxyde de carbone, à distinguer la quantité de chaleur de la température dans la seconde moitié du . Il a fondé les concepts de chaleur latente et de capacité thermique, mais avait une idée erronée de l'impulsion du flux de chaleur compensant les différences de température (voir Théorie calorique).. En 1791, Pierre Prévost a déduit des expériences de Saussure et de Marc-Auguste Pictet, qui avaient représenté des corps chauds ou froids sur des thermomètres à l'aide de miroirs concaves métalliques, qu'un équilibre thermique pouvait s'établir entre des corps uniquement par rayonnement.
Joseph Fourier vignette|Jean Baptiste Joseph Fourier, Portrait de Julien Léopold Boilly (1796)|alt=Jean Baptiste Joseph Fourier, Portrait de Julien Léopold Boilly (1796).