Paléoclimatologie

Températures reconstituées depuis la fin de la dernière période glaciaire ( - 12 000 ans)

La sédimentologie contribue à l'étude des climats : les échantillons de sédiments marins, précisément géoréférencés, sont l'une des sources majeures d'information sur les climats passés

Températures depuis 400 000 ans

Températures depuis 5 millions d'années.

Températures depuis 65 millions d'années.

Variations du climat global depuis 540 millions d'années.

Le terme « paléoclimat » désigne un climat ancien, par opposition au climat actuel, sans référence à une échelle de temps.
La paléoclimatologie un des éléments de la paléoécologie, et de la climatologie.

L'étude des flores et des faunes fossiles en tant que paléoformes est à l'origine de la paléoclimatologie, et en reste la base principale. La géochimie et les analyses isotopiques y jouent aussi un rôle croissant, de même que la modélisation informatique.

Différents paramètres, d'origine externe au système climatique, sont à l'origine des variations climatiques (notion de forçage (forçage radiatif) ajoutant ses effets à ceux du forçage volcanique et à ceux ayant pour origine l'expansion et l'évolution de la vie (production d'oxygène, albédo modifiée par la couverture végétale, etc.).
Les variations d'insolation liées aux paramètres de l'orbite de la Terre (théorie astronomique des paléoclimats) sont l'un des forçages que les modèles doivent prendre en compte (pouvant être facilement reliées à des observations géologiques).

Mieux comprendre les climats passés et leurs impacts et rétroactions avec les écosystèmes et l'évolution est l'un des objectifs de la paléoclimatologie. Il s'agit notamment de mieux comprendre les crises écologiques et climatiques, et les phénomènes d'extinction d'espèces qui se sont produits à au moins cinq reprises sur terre.
Cela est utile ou nécessaire pour mieux envisager et préparer l'avenir, dont la lutte contre le réchauffement climatique et l'adaptation aux changements climatiques.

Il existe aussi des enjeux sanitaires avec la compréhension des liens entre climats et épidémies, ou entre climat et certaines formes de pollution (pluies de mercure par exemple).

Les variations de la composition isotopique de l'oxygène (par exemple dans des tests de foraminifères) constitue un indicateur climatique (« proxy ») qui signe les variations de la température des océans et la quantité de glace (inlandsis).
Elles ont permis de reconstituer les variations globales de température depuis 550 millions d'années.
Ces données sont en accord avec les épisodes glaciaires relevés dans les roches sédimentaires (tillites), ainsi que les données paléobotaniques, et de concentration de carbone dans l'atmosphère. Aujourd'hui, le climat global se situe dans une période tempérée interglaciaire.
Des études paléontologiques ont montré que pendant de longues périodes (Crétacé, Paléocène, Éocène, Miocène moyen...), le climat global était plus chaud qu'actuellement, et alors que les continents étaient positionnés différemment (cf. dérive des continents).