古氣候變化 
早在十八世紀末期，岩層的化石紀錄就被依照生物體出現的相關順序而整理出來。西元1910年代，英國地質學家阿瑟‧霍姆斯（Arthur Holmes）更找出這些紀錄與放射性定年岩石資料之間的相關性，從此便將有關古代生物與氣候的許多凌亂日期連貫起來，建立了以下比較可信的歷史年代順序：
前寒武紀時代（Precambrian era，距今5億7千萬年以前）
古生代（Paleozoic era，在距今2億2千5百萬年前終止）
中生代（Mesozoic era，延續到距今6千5百萬年）
新生代（Cenozoic era），又分為：
前全新世（Pre-Holocene epoch），約距今6千5百萬年到1萬年；
全新世（Holocene epoch），1萬年前至今。

前寒武紀時代的氣候  
前寒武紀僅有的紀錄為遭到深埋而倖免於風化與侵蝕的岩石。由遠古岩石微粒的特徵與地理分佈可以得知，海洋沉積物遠在42億年前就遍及全球。同時，含有碳酸根(CO)成分礦物（如石灰岩，主要是因大氣中二氧化碳溶解於海水中而形成）的存在也顯示液態水之覆蓋了泰半的地球。由此可以推測當時大部分地表的溫度是高於0° C的。又根據生物族群的遺跡，我們知道單細胞生物廣泛出現在35億年前，因此當時海水溫度不會太高。又由冰磧岩（tillite，冰河擴展或退縮時所遺留下來的沉積物）的存在可知當時有冰河存在。綜合以上的結果，古氣候學家推估可推估前寒武紀時期平均地表溫度約在7° C左右。
p.s 冰河:已被證實的最早冰期約發生在27到23億年前的始生代（Archean）與原生代（Proterozoic）之間。由於前寒武紀後期是地球上造山運動的主要時期，而冰河的發生或許與陸塊運動（往極地移近的大陸叫可能被冰雪覆蓋）和地表起伏（冰河易在較高的地區產生）有所關連。

古生代與中生代的氣候  
此時代的氣候可由層狀岩石結構以及生物化石紀錄得知。層狀岩石結構是因為空氣與水所攜帶的微粒逐漸地沉降在地球表面（水底或陸地），進而集結為沉澱物，再經過長時間的固化作用而形成了岩石，可以為沉積當時的環境狀況提供一些訊息。這些層狀岩石結構可以因為河川的侵蝕作用，或是陸塊間的互相推擠而暴露出來。此外，古生代時期也是生物開始大量繁衍的時期，而生物的遺骸也為當時的氣候留下大量的紀錄。最早也最具特色的化石紀錄存在於距今5.7億年（前寒武紀末期）的岩層，那時帶殼的海洋生物突然快速地出現。古生物外殼碳酸鈣（CaCO3）所含的氧原子16O與18O濃度比例與水溫有密切的關聯，因此可用來推估當時的地表溫度。
岩石紀錄也顯示，4.3億年前出現了短暫的冰期；緊隨這個冰期之後，也就是距今大約4億年之前，植物開始在陸地上形成與演化。植物的蔓延造成了植被陸地，可以使地表的反照率降低約10%至15%。於是整個氣候型態發生了革命性的轉變，或許這就是古生代為何能一直維持溫暖的原因所在。不過在距今3億年左右發生了一次較溫和的冰期，這也結束了古生代。這個冰期的發生可能與大陸漂移有關，因為幾個大的陸塊在此時被推往極區。
距今約2億年起的古氣候訊息變得相當豐富，因為當時的海洋沉積物泰半仍靜歇於海底而未受騷擾，不似陸地上暴露在外的岩層，會因為地質的曲摺、斷層及不完全而錯綜難辨。此階段為地球史上另一段較長且大範圍的溫暖期（尤其是較高緯度地區），當時的全球平均溫度比今日高出約6至10° C左右。在中生代的一大部分時間裡，全球的陸地是個連在一起的超級陸塊（supercontinent），幾乎由北極一直延伸到南極。如此的地理形態也許使得海洋能夠更有效率地將赤道的熱量以洋流送往極地，而全球的溫度分佈也比陸塊分散的情況下來得更為平均。
隨著大陸塊的形成與碰撞，地球表面有了顯著的高低起伏，極區冰原開始形成，而海、陸面積的比例也逐漸降低，造成氣候開始快速地冷卻，而大面積的冰原也逐漸形成。例如西藏高原的形成影響了整個北半球的大氣環流，它所帶來的降水與氣溫變化也被登錄在不同的古地質紀錄中，例如深海化石所含的氧同位素便可以告訴我們這些資訊。
另一項可提供古氣候變化的線索是海平面的升降。在內陸與海岸附近所形成的沉積岩，具有相當不同的紋理脈絡，可用以判斷出在大陸邊緣某個地點是否曾在某個特定時期被水所覆蓋。在大部份的地球歷史中，海平面均比今日要高出許多。由於「二氧化碳全球增溫」這個熱門話題，大家可能會認為造成全球性海面升降的原因是極區冰原的融化與凍結，但那只會造成海平面高度約60公尺的增減。事實上，由地殼變動而造成海洋盆地體積的變化才是古代全球性海面升降的主因，可以造成數百公尺的變化。過去幾次海洋生物的大量滅絕，竟然恰好發生在全球水位驟減的時期，顯示當時地球氣候與洋流很可能也有著很大的變化。
在古生代與中生代的時間尺度裡，另一項可引起氣候變化的因素為隕星的衝撞。直徑10公里以上的隕星，衝撞地球的速度約為每秒20公里，所具有的動能相當於60兆噸黃色炸藥的威力，約為二次大戰時廣島原子彈的40億倍。如此爆炸性的衝擊會造成直徑150公里左右的隕石坑，並使岩石蒸發，而大部份的大氣也被加熱至攝氏2000到3000度。空氣中的氮與氧在此高熱下會結合，形成高濃度的NOx，而NOx會很快地與臭氧反應，使大氣中臭氧減少。若不考慮所產生的煙塵，那麼臭氧的減少（至少在撞擊初期）會允許具有高能量的紫外線輻射穿透至地表。NOx會進而形成硝酸及亞硝酸，然後為雲滴或雨滴所吸收，再經由降水而沉降至地表；造成海洋生物石灰質外殼的溶解，以及大部分陸生植物的死亡。若撞擊發生在陸地上，會產生全球性的濃密塵雲，足以遮擋太陽輻射達數月之久，抑制光合作用，因而導致植物的死亡，並切斷草食動物的食物來源。撞擊時放出的高熱會引起廣泛的大火，摧毀森林、草原以及大部分的生物體（幾個地質年代交界時期的沉積物中曾發現大量的煤灰）。大氣中的大量煤灰也會遮蔽陽光，造成地表強烈冷卻，導致所謂的「火流星冬天」（bolide winter）。在這些塵埃與煤灰沉降至地表之後，高濃度的二氧化碳、二氧化氮、甲烷，以及其他因大火與植物腐敗所釋放出來的物質，仍然會在大氣中停留數個世紀甚至數千年之久，最後反而因為旺盛的溫室效應而導致氣候暖化。由於海洋幾乎覆蓋了四分之三個地球，因此隕星撞及海洋的可能性遠較撞及陸地為高。這樣的撞擊可以使海水蒸發，使海底富含碳酸鹽的沉積物揮發而釋放出二氧化碳，這也同樣會加強大氣的溫室效應。在白堊紀（Cretaceous）與第三紀（Tertiary）之交界。除了有證據顯示當時70%的生物突然滅亡，我們也發現當時的沉積岩中含有濃度高得不合常理的銥元素（iridium）。在同一岩層之中還發現了必須經歷巨大撞擊所產生的溫度與壓力方能形成的玻璃礦，以及能顯示曾經發生廣泛大火的煤灰。隕星的撞擊是以大約二千六百萬年的周期不斷地出現。有鑑於此，生物學家已經開始認真地考慮，地球上生命的演化或許是一個不連續過程，也可以說更像是一序列的階梯，而每一個新階段都是在隕星撞擊之後又重新出發。

新生代-前全新世的氣候  
雖然還比不上中生代晚期的溫度，新生用來研究中生代岩層的關鍵技術，“鈾鉛放射性定年法”，仍是檢驗前全新世岩石所不可或缺的技術，而18O同位素則提供溫度紀錄。代的大半時期還算是相當溫暖的。直到距今大約3千萬年，冰期又再次出現之後，情形方有了變化。這次由間冰期進入冰期，有可能導自於海洋環流的變化，而海洋沉積化石的紀錄也顯示如此。但無法確切地解釋為何當時海洋環流發生變化。
在新生代的時間尺度裡（約在數萬年左右），最主要的氣候控因是地球軌道的變化。影響行星軌道的基本因素有：（1）繞太陽公轉軌道的橢圓率（ellipticity）或離心率（eccentricity）。（2）行星自轉軸與公轉軸間的夾角，也稱為自轉軸傾角（tilt）；地球和其他行星就如旋轉的陀螺一樣，會繞著這個傾角而晃動。（3）行星自轉軸在公轉軌道上的取向，稱為「進動」或「歲差」（precession）。古氣候學家米蘭柯維奇發現，地球軌道變化和全球冰帽體積變化之間有顯著的相關性（見第3章作業3之圖）。此外，科學家也發現，岩蕊中貝殼化石的18O與其他物質的含量呈現固定的週期變化，這些週期為10萬、4萬1千、2萬3千和1萬9千年週期，全都與太陽輻射的變化有關，並且是地球運轉軌道發生變化的結果。
前全新世的氣候也可由兩極冰層中獲得。保存於冰中的大氣紀錄是無法溯至極遠年代的，因為最底層的冰受到上方不斷增加重量的壓擠，以致不斷地變薄而朝水平方向外流，並且喪失了原先所具有的性質。格陵蘭島上的冰蕊於25萬年前形成，南極的冰蕊則可搠及50萬年前，這兩組冰蕊長約2000公尺，直徑約10公分。就像由年輪可以判讀樹齡一樣，科學家也可以藉著冰的“年層”來為冰層定年。這些紀錄告訴我們，過去15萬年間的氣候狀況絕非穩定不變的，而是有著不規律的變化。冰蕊所顯示的溫度變化，多和先前提到的地球軌道變化有關。
　

新生代-全新世的氣候  
氣候紀錄最為廣泛而詳盡的時期，是我們目前所處的全新世以及之前的數千年。要評估全新世這樣近期的氣候，必須利用一些生命期遠較岩石為短的物質。利用碳-14（生命期5730年）的放射性定年技術，便是一項極有價值的工具。地球上所有的生物都同時含有14C與12C兩種同位素。由於不斷的消耗與補充，這兩種同位素的濃度比在活的生物體內會保持固定，但生物死亡之後則此濃度比會逐漸降低。因此利用14C對12C的濃度比，便可推算出該生命體的死亡時間了。
湖泊及溼地的沉積物也能為古代環境（包括湖泊、溼地本身，以及其周圍的陸地）提供相當豐富的訊息。具有研究價值的沉積物首先會經過仔細的定年（可利用各種不同的定年技術），然後再對這些鑽取的“泥蕊”進行分析，以瞭解各層沉積物的物理與化學特性。此外，樹木也能為此時期的氣候變化留下紀錄。地球上現存的最古老生命體是樹木，有些刺毬松甚至在耶穌誕生之時便已存在。樹木會與大氣發生交互作用，反應出生命過程中的某些氣候特徵，並遺留下那些作用的“指紋”。它們的長生命期提供了長久而連續的紀錄，而這些紀錄都可以被正確地定年，甚至還可以達到以年為單位的解析度（年輪）。年輪的紀錄可取自已經死亡但保存良好的樹木莖幹，或是樹木被砍伐後殘留的基座，當然也可以來自對活著的樹木的鑽蕊。活樹鑽蕊的方法可以提供最廣泛且連續的氣候紀錄。
距今1萬8千年之前，地軸取向和目前差不多；但到了距今1萬5千到9千年之間，北半球夏季的日、地距離縮短，而且地軸傾斜度增加，因此當時氣候具有更強烈的季節性，而這在北半球尤為顯著。到了距今9千年時，北半球七月份所收到的太陽輻射量比目前要高了8%，而在一月份則低了8%。自此之後，太陽輻射量又逐漸回復到現代的狀況。發生在距今1萬2千年至6千年這段期間內的輻射強度變化，主要的影響是加大了海洋與陸地間的溫度差異，因此導致海洋更旺盛的蒸發，並促進大氣對流系統的形成以及增加陸地上的降水量。上述這些情景可以經由花粉、湖水高度和化石紀錄來得到證實。
既使是在過去這一千年的短短時間裡，全球氣候仍然有著顯著的變化。當然，這段時間內的溫度起伏遠比不上先前那段時期的變化。過去一千年內最為明顯的溫度變化就發生在不久之前，也就是西元1400至1650年這段所謂的「小冰期」（Little Ice Age）。目前是終年不凍的波羅的海、英國的泰晤士河（Thames）以及西班牙的泰古斯河（Tagus），在那時卻常常是結了數英吋厚的冰。據推論，小冰期的氣候現象應該是肇因於太陽表面電磁活動的減弱，因為當時幾乎觀察不到太陽黑子的出現。但至今還沒有人能合理地解釋，為何這種太陽活動會影響地球的氣候。

最近這一世紀的氣候  
至於最近這一個世紀，我們有許多直接的溫度紀錄。在這段時間裡，尤其是過去的這二、三十年間，氣候發生了顯著的暖化。大多數科學家已經接受了這個現象發生的事實，但對它的成因卻莫衷一是，而且對之有著激烈的辯論。有些人認為那是自然的變化，因為這種暖化程度對整個氣候歷史來說並不特出；但也有些人認為那是人類所製造的大量溫室氣體所導致。這些說法在目前還沒有一個定論。

杞人憂天：基本上整個太陽系類似一個大漩渦，越靠近太陽的行星轉速越快，以後水星一定會掉進太陽裡。人類遲早要設法移民到火星去避難。