Для определения изменений климата сейчас используются самые различные методы, и, в первую очередь методы, развитые в геологии, палеонтологии и геофизике.
Подробность сведений о климатических изменениях убывает по мере углубления в геологическую историю. Известно, что 7/8 истории Земли занимает докембрий, т. е. период от 4,65 млрд лет до 570 млн лет назад. Показателями климатических изменений в докембрии являются только геологические данные. Так, для наиболее древних геологических времен климатическими показателями являются почти исключительно осадочные породы. Знание химического состава, физических свойств, структуры и текстуры осадочных горных пород и особенностей их залегания позволяет в известной степени восстановить климатические условия во время их образования. Холодный климат характеризуется преобладанием продуктов физического выветривания над продуктами химического выветривания, т. е. преобладанием грубообломочных материалов в отложениях многолетнемерзлых грунтов, и особенно наличием ископаемых морен — тиллитов, известных с раннего протерозоя. Важнейшим признаком сухих (аридных) периодов является усиленное отложение солей (особенно, если климат также и жаркий), осаждающихся из растворов в условиях сильного испарения. К ним можно отнести доломиты, ангидриты, гипсы, калийную и каменную соль. Об аридных условиях свидетельствуют также продукты выветривания, окрашенные оксидами железа, и лёссы. Пустыням прошлого, как и современным пустыням, были свойственны определенные явления выветривания, окремнения, переноса песка, дюнообразования. Признаки таких явлений можно установить и в геологических слоях. К индикаторам теплого и влажного климата относятся продукты глубокого химического выветривания пород суши, такие, как бокситы, каолин, бескарбонатные (латеритные) красноцветы, некоторые алюминиевые, железные и марганц По мере перехода от древних эпох истории Земли к более поздним арсенал методов, позволяющих определять климатические условия, расширяется, и сведения о господствовавшем в то время климате становятся более детальными. В фанерозое определенные суждения о климатических условиях можно сделать по палеонтологическим и палеоботаническим признакам. При этом исходят из предположения, что в прошлом существовали такие же зависимости флоры и фауны от климата, какие существуют и в настоящее время, а наиболее репрезентативными ископаемыми организмами являются те, которые при жизни больше зависели от окружающей среды. Поэтому растения в общем более показательны, чем животные, а из животных более показательны менее организованные виды. Наличие определенных видов растений, например, таких, как веерные пальмы, может свидетельствовать о теплом климате. Богатство ископаемых видов растений или пресмыкающихся и их огромные размеры также являются признаками теплых климатов. евые руды. Высокая влажность среды необходима и для образования каменных углей. Одним из способов оценки климата является спорово-пыльцевой анализ (палинологический анализ), который дает представление о растительном комплексе, господствовавшем в прошлом в данной местности. Важным количественным методом определения прошлых температурных условий — палеотемператур — является изотопный метод, позволяющий по отношению изотопов кислорода 18О/16О в карбонатных остатках ископаемого планктона определять температуру воды, в которой обитали эти живые организмы. В 1950 г. геохимик Г.Юри установил, что равновесное содержание «легкого» 16О и тяжелого 18О изотопов кислорода в карбонатных остатках (СаСО3) зависят от температуры: чем ниже температура воды, где жили эти организмы, тем больше тяжелого изотопа 18О в карбонах кальция, с ростом температуры содержание 18О уменьшается. Так если температура = 0 ºС, то отношение содержания тяжелого изотопа к легкому в карбонате = 1.026/500, а при температуре 25ºС = 1.022/500. В период, начавшийся 1-3 тыс. лет назад, называемый «исторической эпохой», кроме известных методов для восстановления климата используют летописи, легенды, хроники выдающихся событий (засухи, наводнения и т.д.). Самым достоверным (с точки зрения обеспечения климатической информацией) является так называемая «инструментальная эпоха». Когда появились и проводились инструментальные наблюдения за погодой и климатом. Систематические метеонаблюдения начались в начале XVII в., надежные – с первой четверти XVIII в. (в ряде пунктов). На большей части земного шара длительность инструментальных наблюдений составляет менее 100 лет.
