极厚的黄土层、极长的钟乳石、大洋底极厚的沉积物以及南极极厚的冰芯等，系统测量它们氧碳同位素的变化，就可以掌握古气候变化的数据。化石也可以了解古气候的变化。。一般来说，生活在热带的动物新陈代谢速度较快，个体都较小；而生活在寒带的动物新陈代谢速度较慢，且为了御寒个体都较大。
科学家可以从地层和化石来了解古气候。先说地层方面，如果发现地层中有很厚的冰川沉积物，就说明有冰期存在；如果发现全球大规模海平面下降，陆地大大扩大，也说明冰期的存在。气候寒冷的时候，降到陆地上的雪越来越多，且不会融成水流到大海，而海水则越蒸发越少，海平面就不断下降。据回声探测，如今南极的冰约有27×10的六次方立方千米。如此大量的海水结成冰，就会让海平面下降65～75米。此外，还可用测地层中氧碳同位素的方法来确定古气候的变化。因为气候与二氧化碳这样的温室气体有关，测地层沉积物中的氧碳同位素的组成可以了解当时的碳循环情况。极厚的黄土层、极长的钟乳石、大洋底极厚的沉积物以及南极极厚的冰芯等，系统测量它们氧碳同位素的变化，就可以掌握几百万年来古气候逐渐变化的数据。
再说化石方面，通过化石也可以了解古气候的变化。气候对生物的影响很大。一般来说，生活在热带的动物新陈代谢速度较快，个体都较小；而生活在寒带的动物新陈代谢速度较慢，且为了御寒个体都较大。有些动物只能生活于热带，有些只能生活在寒带。
如在更新世中期的中国，就可以清楚地将当时的动物划分为：生活于寒冷北方的以北京猿人—肿骨鹿为代表的动物群，生活于南方热带、亚热带的剑齿虎—大熊猫动物群。又如，在奥陶纪晚期第三次大冰期来临前生长的动物个体都较小，冰期到达时，气温骤降，海平面下降了50～100米，大批动物灭绝了；在接下来很长的冰期中，许多动物慢慢适应了寒冷的气候，它们的个体都长得较大，形成了特有的冰期动物群，与冰期前的显著不同，它们的区别很容易识别。
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