地球上各種自然現(xiàn)象都在不斷的變化之中，氣候的變遷也不例外，所不同的是氣候變遷經(jīng)歷的是大跨度的地質(zhì)歷史時期，科學(xué)家通過研究歷史氣象記錄、古文獻記載、考古實物、地質(zhì)地貌現(xiàn)象以及理論推測來再現(xiàn)歷史上發(fā)生的氣候變遷。

地質(zhì)時期的氣候變遷

地質(zhì)學(xué)上的證據(jù)顯示出在地球整個的自然歷史中，至少有十分之九的時間是溫暖氣候所主宰的時代，如古生代早期，從寒武紀起，經(jīng)奧陶紀、志留紀至泥盆紀，漫長的2.5億年中；整個中生代至新生代的新第三紀的約2億多年，氣候都是以溫暖為優(yōu)勢，當(dāng)然其中肯定包含間隔著若干個短暫的寒冷時期（冰期）。為冰期所中斷的時期的持續(xù)時間和影響范圍，難以確認，但僅從對地層沉積物的研究上來看，似乎在前寒武紀（距今6億年前）和石炭、二迭紀（距今3.5~2.25億年）曾出現(xiàn)過大冰期。

在最近的一百萬年中以寒冷氣候為主導(dǎo)，即第四紀大冰期時期。北極地區(qū)的冰蓋向中緯度地區(qū)大幅度擴張，最強盛的時候到達過北緯57度，某些地方冰蓋的厚度達2千米。大冰期中間隔著溫暖的間冰期，冷暖的氣候變遷引起冰川的消長進退，對歐洲阿爾卑斯山的冰川地貌研究表明，第四紀冰期分為四個冰期，為三個相對溫暖的間冰期所分隔。冰期與間冰期相比較，中緯度地區(qū)的山地雪線升降幅度可超過1200米。

在我國北方第四紀沉積層所出土的化石中，代表寒冷氣候和溫暖氣候的生物，前者如披毛犀、猛犸象、虎耳草和陰地蕨等，后者如梅氏犀、水牛、榆屬、柳屬等，證明了第四紀時期我國的氣候變遷；再如廣泛分布于西北和華北的黃土沉積和其下的紅土層，顯示出溫暖氣候向寒冷干燥氣候的變遷。當(dāng)?shù)谒募o時，不僅我國的西部高山，而且中、東部的秦嶺太白山、臺灣玉山都分布有冰川。

大約1萬年以前，氣候轉(zhuǎn)暖，冰川退縮，地球再次進入了溫暖的間冰期。

人類歷史時期的氣候變遷

大冰期以后，地球大部分地區(qū)的氣候在公元前5000~公元前3000年前最為溫暖，被認為是冰期以后的氣候最適期。當(dāng)時的海平面比現(xiàn)在高2~3米，北冰洋的冰在夏季可能全部溶解；現(xiàn)在非洲的撒哈拉和中東的沙漠帶，在當(dāng)時氣候要濕潤得多。

在公元前900~公元前450年前，即所謂鐵器時代的早期，歐洲的氣候進入了冷濕時期，阿爾卑斯山的冰川顯著擴張；從愛爾蘭到德國的許多泥炭層刨面中顯示出2500年前在這一廣大地區(qū)分布著沼澤；北美洲落基山北緯50度以南所發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)代冰川遺跡大多在這個時期形成。

此后，大致在公元1000~1200年，南、北半球的氣候又處于適宜的溫暖狀態(tài)，也被稱為“第二個氣候最適期”。當(dāng)時格陵蘭島南部的氣溫據(jù)推測比現(xiàn)在高4度左右。由于氣候比較適宜，維金人在公元982年移民到格陵蘭定居。

公元1430~1850年間，北半球的氣候轉(zhuǎn)冷，特別是在1650~1750年間，被稱為“小冰期”。伴隨著寒冷期氣候而來的，是中緯度地帶的濕潤，雨量的增加，使這一時期里海的水平面較之以前和以后幾個世紀高出了5米以上。

1850年以后，氣候又出現(xiàn)增溫的趨勢。隨著近、現(xiàn)代科學(xué)觀測的日趨完善，氣候變遷的研究有了可靠的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，氣候變遷的科學(xué)原理逐漸被揭示出來。