Klimaet på jorda har variert, og årsakene er komplekse. Spesielt de siste 2-3 millioner år har det vært store klimasvingninger på jorda med skifter mellom istider og mellomistider. Det er ved hjelp av geologiske klimaarkiv vi kan si noe om variasjonen.
Hva er egentlig drivkreftene bak de store klimaendringene som har forårsaket vekslingen mellom istider og mellomistider de siste 2-3 millioner år? Vi vet i dag at disse klimavariasjonene skyldes astronomiske faktorer som påvirker solinnstråling mot jordens overflate og fordeling av energi.
Astronomiske faktorer
Dette kalles Milankovitch-faktorer etter serberen Milutin Milankovitch, som allerede i 1920 kunne beregne hvordan jordas stilling i forhold til sola varierte med en viss syklisitet.
Variasjonen skyldes summen av følgende faktorer: Jordbanens form, som varierer fra å være tilnærmet sirkulær til å være svakt elliptisk med svingninger i tid på mellom 100 000 og 400 000 år. Jordaksens helning, som varierer mellom 22.1˚ og 24.5˚ og forandrer seg med en periodisitet på 41 000 år. Det er jordbanens helning som gjør at vi har årstider og at polarsirkelen forflytter seg.
De ytre astronomiske faktorene blir enten forsterket eller motvirket internt i jordsystemet av for eksempel havstrømsirkulasjon, oppvarming og avkjøling av luftmasser over land og vann, areal dekket av snø og is, og mengden av drivhusgasser som for eksempel metan og karbondioksid i atmosfæren.
Samling av gamle spor
Ved hjelp av geologiske klimaarkiv kan vi finne ut hvordan klimaet har variert tilbake i tid. Et klimaarkiv er en samling av spor som kan gi informasjon om tidligere klimaforhold, Isbreer, sjøis, temperaturer, nedbør og vind reagerer på klimaendringer med å bli sterkere, svakere, større, mindre, hyppigere og så videre. Slik finner vi de naturlige klimaarkivene i for eksempel isbreer, i sedimenter på havbunnen, på bunnen av innsjøer eller i avsetninger på land.
Isbreer og sedimenter består av flere lag som hvert enkelt representerer bestemte perioder eller hendelser bakover i tid. Sedimenter og snø avsettes lag på lag i naturen, slik at yngre lag legger seg oppå eldre. Et eksempel er innlandsisen over Grønland som er nesten 3000 meter på det tykkeste, og der lagene nærmest bunnen er rundt 130 000 år gamle. På samme måte vil sedimentene som ligger dypest begravd på bunnen av havet eller innsjøer også være eldst.
Kjerneprøver og fossiler
Både fra is og sedimenter kan vi ta kjerneprøver slik at vi får en sammenhengende prøve fra bunn til topp som kan studeres og analyseres på mange ulike måter.
Fossiler av små dyr og planter som levde i havet før de døde og sank til bunns og ble begravd i sedimentene, er også viktige kilder til klimainformasjon gjennom geologisk tid. Klimaarkivene fra land er mer fragmenterte og grå ofte ikke så langt tilbake i tid ettersom landskapet har vært utsatt for gjentagende erosjon gjennom flere istider.