Um gegenwärtige oder zukünftige Klimaveränderungen zu verstehen, ist die Kenntnis der Klimageschichte die wichtigste Vorraussetzung. Simulationen des Klimas basieren daher immer auch auf Daten aus der Vergangenheit. Für die letzten 300 Jahre können Paläoklimatologen - Wissenschaftler, die sich mit dem Klima der Vergangenheit beschäftigen - auf Aufzeichnungen von Witterungsbeobachtungen und Meßwerten zurückgreifen. Geht man jedoch weiter in der Zeit zurück, müssen indirekte Klimazeugen zu Hilfe genommen werden.

Biologische Zeugen der Vergangenheit können zum Beispiel Pollen oder Fossilien sein, deren systematische Zugehörigkeit und physiologischen Eigenschaften Rückschlüsse auf die Bedingungen zur Lebenszeit der Organismen zulassen. Auch Bodenformen, die durch WInd, Wasser oder Eis gebildet wurden, Sedimente und auch Eisschichtungen dienen den Paläoklimatologen als Klimaarchive.
Die Interpretation und Auswertung dieser "Archive" wird allerdings immer unsicherer und unvollständiger, je weiter man in der Erdgeschichte zurückgeht. Viele "Zeugen" sind nur innerhalb bestimmter Epochen zu finden oder lassen sich nur innerhalb einer begrenzten Zeitspanne gut datieren.

Dendrochronologie

	Baumringe © IMSI MasterClips

Die Dendrochronologie macht sich die in den Stämmen von Bäumen gespeicherten Daten zunutze. Ist die Witterung für das Wachstum günstig, bildet der Bauzm breitere Jahresringe, in extrem kalten, ungünstigen Jahren hingegen schmalere. Seit Beginn dieses Jahrhunderts wurden Tausende von Baumquerschnitten vermessen und miteinander verglichen. Auch die Ringmuster aus den Balken historischer Gebäude zieht man für Vergleiche heran.
Auf diese Weise erhält man einen Kalender, der das Klimageschehen in Europa bis 9200 Jahre zurück dokumentiert.

Pollenanalyse
Ebenfalls auf "lebendigen Klimazeugen" beruht die Methode der Pollenanalyse. Abhängig von den jeweiligen klimatischen Bedingungen wachsen in einer Region unterschiedliche Pflanzenarten. Die Blütenstände dieser entweder wärmeliebenden oder kälteangepaßten Arten unterscheiden sich deutlich und sind in Gletschern, eiszeitlichen Moorböden und Sedimenten bis heute erhalten geblieben. Mit Hilfe von auf dem Meeresgrund abgesunkenen Pollen, die in Sedimentkernen gefunden wurden, haben Klimatologen wertvolle Informationen über die Klimaschwankungen der letzten 150 000 Jahre gesammelt.

Foraminiferen
Auch tierische Fossilien zum Beispiel die Hüllen von Foraminiferen, winzigen Wasertierchen, verraten etwas über das Klima. An den Kalkgehäusen der Forminiferenschalen läßt sich die Wassertemperatur zur Zeit ihres Wachstums ablesen: Die Drehrichtung der vielkammerigen Gehäuse ändert sich mit der Temperatur.

Sauerstoffisotopen
Eine der genauesten Methoden der Paläoklimatologen basiert auf der Entdeckung, daß das Verhältnis der zwei Sauerstoffisotopen O16 und O18 temperaturabhängig ist. Im Wasser der Weltmeere ist zu 99 Prozent das leichtere Isotop O16 gebunden, nur ein Prozent des gelösten Sauerstoffs entfällt auf das schwerere O18-Molekül. Wenn Wasser seinen Aggregatzustand ändert, zum Beispiel zu Eis gefriert, oder der Sauerstoff aus dem Wasser in andere Substanzen eingebaut wird, kann sich dieses Isotopenverhältnis ändern.

Im Eis der Polargebiete werden aufgrund physikalischer Gesetze bevorzugt die leichteren O16 Moleküle eingebunden, wenn also in Kaltzeiten vermehrt Eis gebildet wird, steigt im verbleibenden Meerwasser der Anteil des schweren Sauerstoffteilchens.
Marine Organismen bauen in ihre Kalkschalen dieses im Wechsel von Warm- und Kaltzeiten jeweils unterschiedliche Isotopenverhältnis des Sauerstoffs ein. Nach dem Absterben der Tiere bleibt die