Während ihrer gesamten 4,5 Milliarden Jahre langen Geschichte hat die Erde Phasen der Erwärmung und Abkühlung durchlaufen. Der derzeitige drastische Anstieg der globalen Temperaturen liegt jedoch weit außerhalb der zyklischen Normen der Erde und die Beweise für einen vom Menschen verursachten globalen Klimawandel sind überzeugend. Die Paläoklimatologie, das Studium der antiken Klimabedingungen, liefert zahlreiche Beweise für den vom Menschen verursachten globalen Klimawandel, indem sie die jüngsten Bedingungen mit denen der Vergangenheit vergleicht.
Alleine in den letzten 650.000 Jahren gab es sieben Zyklen mit Vorstößen und Rückzügen von Gletschern. Vor über 11.000 Jahren endete die jüngste Eiszeit abrupt. Es markierte den Beginn unserer modernen Klimazeit, der geologischen Epoche des Holozäns. Die meisten historischen Klimaveränderungen sind mit kleinen Veränderungen der Erdumlaufbahn verbunden, wodurch sich die Menge der von der Erde empfangenen Sonneneinstrahlung veränderte.
Die Paläoklimatologie ist das Studium der klimatischen Bedingungen und ihrer Ursachen und Auswirkungen in der gesamten geologischen Vergangenheit der Erde. Paläoklimatologen wenden eine Vielzahl wissenschaftlicher Methoden an, um die vergangenen Bedingungen des Klimas und des atmosphärischen Systems der Erde abzuleiten.
Eisbohrkerne, die von dicken Gebirgsgletschern und den Polkappen entnommen werden, können Informationen über den globalen Klimawandel liefern. Saisonbedingte Pausen in der Anhäufung von Eis führen zu der Entstehung von beobachtbaren Schichten in den Eiskernbohrungen. Diese Schichten können zur Erstellung einer Chronologie verwendet werden, wobei die untersten Schichten die ältesten sind. Die Forscher können dann die Eigenschaften des Eises und des darin eingeschlossenen Materials (z.B. Luftblasen und das Verhältnis von Sauerstoff- und Wasserstoffisotopen) analysieren und somit das vergangene Klima der Erde rekonstruieren. Das europäische Projekt für Eiskernbohrungen (European Project for Ice Coring in Antarctica) in der Antarktis analysierte die in Eisbohrkernen aus der Antarktis eingeschlossene Vulkanasche, um eine detaillierte Aufzeichnung der vulkanischen Geschichte des Holozäns zu erhalten. Diese Daten ergaben 96 Ausbrüche während des Holozäns, wobei 33 dieser Ausbrüche in den letzten 2.000 Jahren stattfanden.
Wissenschaftler können auch das Klima der Vergangenheit untersuchen, indem sie Jahresringe untersuchen. Dieses Forschungsfeld ist Teil der Dendrochronologie. Im Wesentlichen sind die Jahresringe unter günstigen Bedingungen breiter und in rauen Zeiten schmaler. Baumringe können genau datiert werden, indem man die Ringe von Probe zu Probe vergleicht oder sogar mit Proben von archäologischen Ausgrabungen vergleicht. Obwohl die Dendrochronologie Grenzen hat, sind Baumringe nützliche Klima-Proxys, die zur Erstellung von genauen Klimaaufzeichnungen für bestimmte geografische Standorte verwendet werden können.
