О том, каким был климат в прошлом в данной местности, специалисты судят и по особенностям рельефа территории или поверхности с древним рельефом, которую обнаруживают под породами. Если в нынешних пустынях удается обнаружить сохранившиеся следы былой сети рек и речных форм рельефа, значит, здесь раньше был влажный климат.

Ценную информацию о климате в прошлом извлекают из анализа высоты древних снеговых линий в горах. Если эти линии отмечены особыми формами рельефа — норами и нишами, то можно утверждать, что здесь в прошлом была эпоха похолоданий. Если для рельефа характерны ветровые формы, то по ним специалисты могут восстановить даже особенности циркуляции атмосферы в прошлом. Так, о наличии мерзлотных грунтов в прошлом однозначно свидетельствуют мерзлотные формы рельефа. В этом случае можно уверенно говорить о существенных похолоданиях в прошлом в этой местности.

Информацию о климате в прошлом содержат в себе и растения, которые смогли сохраниться в тех пор. Реакция растений на изменение климата более сильная и разнообразная, чем реакция осадочных пород. При переходе от теплого и влажного климата к умеренному и холодному меняется облик растительности, одни виды растений исчезают, а другие, совершенно новые, появляются. Это мы наблюдаем сейчас, это происходило и в прошлом. Поэтому по растительным остаткам в отложениях можно реконструировать климат прошлого. При этом используется абсолютно вся доступная информация — и тип ископаемой растительности, и ее внешний облик, а также анатомическое строение и набор видов растительности. Это позволяет восстановить многие качественные черты климата в прошлом. Очевидно, что более надежную информацию о климате дает анализ растительных сообществ, а не только отдельных растений.

Наличие отпечатков и останки растений большого количества видов означает, что эти растения в свое время росли в теплом климате. По современным данным в тропическом лесу на площади 2 гектара насчитывается более 200 видов деревьев. В умеренном климатическом поясе (более холодном) различных видов деревьев на такой же площади в 20 раз меньше. В холодном климате их еще меньше. Если в прошлом климат был теплым, то в остаточных породах вы обнаружите остатки или отпечатки вечнозеленых растений, пальм, растений с крупными листьями. В холодном же климате росли хвойные деревья, мелколиственные растения. В таком климате деревья и вовсе могут отсутствовать, поэтому их остатки в породах не обнаруживаются. В сухом климате росли растения с мелкой редкой листвой или с колючками.

Отпечатки растений прошлых эпох встречаются значительно чаще, чем сами растения, которые в отложениях сохраняются плохо. Но зато в отложениях хорошо сохраняется пыльца растений и споры. Анализ пыльцы и спор растений прошлых эпох дает очень ценную информацию об изменении и характере климата в это время. Этот метод позволяет установить не только климат, но и растительность в данном регионе в прошедшие эпохи.

Анализ структуры торфа также дает информацию о климате. Торфяники развиваются как в умеренных широтах, так и в холодных климатических зонах. Разные пласты торфа свидетельствуют о разных климатах. Пласт влаголюбивых мхов свидетельствует о том, что он формировался в период влажного климата. Пласт торфа, состоящий из лесной растительности, свидетельствует о том, что в то время в данном регионе был сухой климат.

Существует еще один метод определения климата в прошлом. Он основан на том, что ширина годичного прироста толщины стволов деревьев весьма четко связана с количеством осадков в данном году. Была установлена также зависимость этого прироста от температуры воздуха. Было установлено, что в одинаковых климатических условиях имеет место одинаковый ежегодный прирост колец. Это позволяет по ширине годичных колец деревьев разного возраста — как захороненных в торфяниках, льдах и морене, так и найденных при археологических раскопках, — определять климат в прошлом. Деревья при этом можно использовать самые разные. Так был выстроен по срезам деревьев, по годовым кольцам дендрохронологический календарь (греческое слово «дендрон» означает дерево), который охватывает период в 12 тысяч лет. Здесь ценно то, что речь идет не о влажных или сухих периодах, а об отдельных годах. Собственно, не только о годах, но и о сезонах. Информация о сезонных изменениях климата получается из тщательного анализа годичного кольца (с применением микроскопа, рентгеноскопии и компьютера). Таким образом специалисты получают информацию о средней летней температуре воздуха, поскольку максимальная плотность летней древесины четко связана со средней летней температурой воздуха. А это уже немало, поскольку перекрывается более 10 тысяч лет.

Ценную информацию о климате в прошлом содержат и сведения о распределении животных на суше и в море в то время. Речь идет об останках животных, которые сохранились в отложениях. В данном случае анализ имеющегося материала проводится по той же схеме, что и в случае остатков растений. Так, изобилие или бедность видового состава животных является свидетельством того, был ли климат в тех местах теплым или холодным. Холоднокровные животные свидетельствуют о теплом климате. Размеры животных также могут рассказать о климате. Ведь известно, что теплокровные животные тем больше, чем холоднее климат, в котором они живут. Что же касается холоднокровных животных, то наибольших размеров они достигают в условиях теплого климата. Это же справедливо и по отношению к крупным насекомым. Обитатели моря прошлых эпох свидетельствуют о климате тех времен по-особому. Те из морских организмов, которые выделяют известь, в частности фораминиферы, а также организмы, которые строят коралловые рифы, находились в условиях теплого климата. Это очевидно, поскольку только в условиях теплого климата верхний слой морской воды насыщен известью.

Мы лишь в общих чертах описали метод, позволяющий изучать, каким был климат в прошлом. Практическое применение указанного метода очень непростое. Приходится семь раз отмерить, прежде чем отрезать. Только совместный анализ всей совокупности имеющихся фактов позволяет сделать окончательные выводы о том, каким был климат в то или другое время в прошлом. Но при всем этом самым важным является вопрос о времени. Наряду с хронологией деревьев (по годичным кольцам деревьев) и с хронологией по ленточным глинам очень важными являются изотопные методы определения возраста.

Метод, основанный на измерении содержания изотопов кислорода, был разработан в 1950 году. Он основан на следующей закономерности: при осаждении карбоната кальция (CaCO₃) из воды соотношение между содержанием «легкого» изотопа кислорода (O¹⁶) и «тяжелого» изотопа (О¹⁸) зависит от температуры воды. Значит, измерив соотношение содержания изотопов, мы получаем информацию о температуре воды. Где же берут исследователи эти изотопы? Их консервируют в течение тысяч и даже миллионов лет организмы, которые сохранились в осадочных породах. Дело в том, что организмы, которые строят раковины, отбирают из воды карбонатные ионы. Именно в этих ионах соотношение изотопов кислорода соответствует температуре воды. Так информация о температуре воды закладывается в скелеты организмов. Далее она вместе с организмами накапливается в отложениях, эти архивные данные о температуре воды сохраняются там тысячи и даже миллионы лет. Метод, который можно назвать изотопным термометром, очень широко используется и позволяет получать количественную информацию об изменении климата в прошлом. Ясно, что этот метод применяется в совокупности с другими методами. Изотопный метод позволяет определять температуру воды морей и океанов в те времена, когда в океане появились первые организмы, которые строили свой скелет из карбонатов.

Ценную информацию о прошлом, в том числе о климате, содержат льды, и прежде всего льды Антарктиды. Лед накапливается слой за слоем в результате выпадения осадков в виде дождя и снега. А состав этих осадков (в смысле изотопов кислорода) зависит от температуры и характера испарения. Было установлено, что чем ниже температура формирования осадков, тем меньше вода, которая выпадает в виде дождя или снега, обогащена тяжелыми изотопами кислорода (О¹⁸). Значит, остается слой за слоем считывать всю толщу ледника Антарктиды, Исландии, Арктики. Перелистав этот журнал наблюдений, мы получим количественную информацию об изменении температуры за весьма продолжительное время — сотни тысяч лет. Так мы можем заглянуть в прошлое на полмиллиона лет назад. Правда, читать такой журнал непросто — страницы его не переворачиваются. Остается сверлить (бурить) дырку (скважину) и заглядывать в журнал через нее. Так и сделали. Наши и зарубежные специалисты пробурили скважины в ледниковых покровах Антарктиды и Гренландии. Был проведен анализ образцов льда, который доставали с разных глубин. Кстати, эти образцы льда оказались информативными вдвойне. Мало того, что в них содержится информация о температуре воды. В них сохранились пузырьки воздуха, пробы воздуха, как сказал бы специалист. Эти пробы «брались» (консервировались) регулярно, от года к году. Анализ этих проб позволяет определять состав атмосферного газа в определенный момент в прошлом.