Biểu đồ nhiệt độ Trái đất qua các thời đạiHàm lượng khí oxy trong khí quyển trong một tỷ năm qua

Bản mẫu:Bài báo chínhCác nhà cổ sinh vật học sử dụng nhiều kĩ thuật để suy ra được khí hậu cổ đại.

Băng

Những ngọn núi Sông băng và Chỏm băng/Dải băng ở địa cực đã cung cấp nhiều dữ liệu về cổ khí hậu học. Các nghiên cứu về lõi băng trong các tảng băng ở Greenland và Châu Nam Cực đã cung cấp những dữ liệu quý giá về hàng trăm nghìn năm về trước, khoảng 800,000 năm cho dự án của EPICA .

• Không khí lắng đọng trong Tuyết rơi xuống bị bao bọc trong những bong bóng rất nhỏ khi tuyết được nén thành băng trong sông băng dưới sức nặng của những lớp tuyết những năm về sau. Chính những bọt khí trong băng đã chứng minh được giá trị to lớn của nguồn để biết được thành phần không khí vào thời điểm băng được hình thành.
• Các lớp băng có thể quan sát được do sự tạm dừng hình thành tích tụ băng theo mùa và giúp xác định các niên đại, cụ thể liên kết độ sâu của lõi băng với các khoảng thời gian.
• Sự thay đổi độ dày của lớp băng giúp xác định được sự thay đổi lượng mưa hoặc nhiệt độ.
• Sự thay đổi số lượng củaOxy-18 (Bản mẫu:Δ18O) trong các lớp băng biểu thị cho sự thay đổi nhiệt độ trung bình của bề mặt đại dương. Các phân tử nước chứa đồng vị O-18 nặng hơn bay hơi ở nhiệt độ cao hơn các phân tử nước chứa đồng vị Oxy-16 bình thường. Tỉ lệ O-18 qua O-16 sẽ cao hơn khi tăng nhiệt độ.Nó cũng phụ thuộc vào các yếu tố khác như là độ mặn của nước và thể tích nước trong các tảng băng. Một số chu kì khác nhau trong các tỉ lệ đồng vị O đã được phát hiện.
• Phấn hoa đã được tìm thấy trong các lõi băng và được sử dụng để xác định loài thực vật nào đã xuất hiện khi các lớp băng hình thành. Phấn hoa được sản xuất dồi dào và sự phân bố của nó đã được hiểu rõ. Tính toán lượng phấn hoa trong một lớp băng cụ thể được xác định bởi tổng lượng số lượng phấn hoa được phân ra theo loại (hình dáng) trong mẫu kiểm soát của lớp băng đó. Nhưng thay đổi trong sự trùng lặp các loài thực vật có thể được phác họa thông qua sự thống kê phấn hoa trong lõi băng. Biết được loài thực vật nào xuất hiện giúp biết được lượng mưa, nhiệt độ, và những loài động vật nào xuất hiện. Palynology Nghiên cứu về phấn hoa để cho những mục đích này.
• Tro núi lửa nằm trong một số lớp băng, và để xác định thời gian hình thành các lớp băng này.Mỗi núi lửa sẽ có tro có tính chất duy nhất ( hình dạng hay màu sắc các hạt, kí hiệu hóa học).Biết được nguồn của tro núi lửa sẽ biết được thời gian hình thành các lớp băng.

Dendroclimatology

Thông tin về khí hậu có thể thu được thông qua sự lý giải về những thay đổi trong sự phát triển của cây. Nói chung, cây phản ứng với những thay đổi của các biến khí hậu bằng cách tăng hoặc làm chậm sự tăng trưởng, điều này thường được phản ảnh bởi sự tăng hay giảm bề dày của vòng sinh trưởng. Tuy nhiên trong một số trường hợp, các loài khác nhau phản ứng với những thay đổi của sự biến đổi khí hậu theo các cách khác nhau. Một bản ghi vòng cây được thiết lập bằng cách tổng hợp thông tin từ nhiều cây sống trong một khu vực cụ thể.

Gỗ già nguyên ven đã không bị phân rã có thể kéo dài thời gian được tính toán bằng cách khớp với sự thay đổi độ sâu của vòng với mẫu vật đương đại. Bằng cách sử dụng phương pháp đó, một số khu vực đã có các thông tin về vòng cây có niên đại vài nghìn năm. Gỗ già không ko xác định được thông tin đương đại có thể được xác định niên đại bằng kỹ thuật carbon phóng xạ. Một vòng cây có thể được sử dụng để xác định thông tin về lượng mưa, nhiệt độ, thủy văn và lửa tương ứng với một khu vực cụ thể.

Hàm lượng trầm tích

Trong một khoảng thời gian dài, các nhà địa chất phải tham khảo hồ sơ trầm tích để có giữ liệu.

• Trẩm tích, đôi khi lại tạo thành đá, có thể chứa tàn dư của thảm thực vật, động vật, sinh vật phù du, or phấn hoa, là những thứ đặc trưng của vùng khí hậu nhất định.
• Các phân tử Biomarker như là alkenones có thể cung cấp thông tin về nhiệt độ để hình thành nên chúng.
• Những kí hiệu hóa học, đặc biệt là tỉ lệ của Mg/Ca của Canxit trong thử nghiệm Trùng lỗ, có thể tái tạo nhiệt độ trong quá khứ.
• Tỉ lệ đồng vị cũng có thể cung cấp thêm nhiều dữ liệu.Cụ thể, đồng vị δ18O đã phản ứng khi có sự thay đổi nhiệt độ nhà khối lượng băng, trong khi đó đồng vị δ13C lại phản ánh một loạt các yếu tố mà rất khó để phân tích.

Mẫu lõi từ đáy biển được dán nhãn để biết rõ chính xác nơi khai thác mẫu này. Trầm tích gần đó cho thấy sự khác nhau trong thành phần hóa học và sinh học.Tướng trầm tíchTrong khoảng thời gian dài, dấu vết trên đá có thể có dấu hiệu của hiện tượng Mực nước biển dâng và xuống, những đặc tính như là Cồn cát để xác định. Các nhà khoa học có thể nắm bắt được khí hậu dài hạn bằng cách nghiên cứu vềđá trầm tích đã có hàng tỉ năm trước. Sự phân chia lịch sử trái đất thành các thời kỳ riêng biệt chủ yếu dựa trên những thay đổi đã thấy trong các lớp đá trầm tích, là ranh giới chính trong các điều kiện. Thông thường, chúng là những thay đổi lớn trong khí hậu.

Sclerochronology

San Hô ( xem sclerochronology)"Vòng" san hô cũng tương tự như tree rings ngoại trừ việc chúng phản ứng với một số thử khác như nhiệt độ nước, dòng nước ngọt, sự thay đổi độ pH và tác động của sóng. Từ đó, một số thiết bị có thể xác định được nhiệt độ của bề mặt nước biển và độ mặn của biển từ vài thế kỉ trước. Đồng vị δ18O của coralline tảo đỏ đã cung cấp một số thông tin hữu ích của sự kết hợp của nhiệt độ bề mặt biển và độ mặn nước biển ở những vùng vĩ độ cao và vùng nhiệt đới, nơi mà kĩ thuật truyền thống bị giới hạn.[3][4]

Niên đại và giới hạn

Một tổ chức đa quốc gia là European Project for Ice Coring in Antarctica (EPICA), đã khoan một lõi băng ở Dome C trên dãi băng ở Đông Nam Cực và lấy một số phần băng ước tính từ khoảng 800,000 năm về trước.[5] Cộng đồng lõi bẳng quốc tế dưới sự bảo trợ của tổ chức International Partnerships in Ice Core Sciences (IPICS), đã xác định một dự án ưu tiên để có được bản ghi về lõi băng lâu đời nhất từ Nam Cực, một bản ghi lõi băng có từ khoảng 1,5 triệu năm trước.[6] Độ sâu đại dương, nguồn gốc của hầu hết các dữ liệu đồng vị, chỉ tồn tại trên các mảng đại dương, cuối cùng bị chìm: đó là vật liệu lâu đời nhất còn lại, khoảng 200 triệu năm tuổi. Những trầm tích già cũng dễ bị bào mòn bởi diagenesis. Những dữ liệu thể hiện một số tính chất đã giảm theo thời gian.