古気候学（こきこうがく、英: paleoclimatology）とは、過去の気候を研究する学問である。気候アーカイブ（ドイツ語版）(プロキシデータ（英語版）)を元にした測定、分析、およびデータ系列により、地質学的過去の気候条件を気候史の形で再構築し、様々な地質時代における気候変化事象のメカニズムを解読することを課題とする。方法論に関しては、常に地史学の一部とされてきたが、物理的に影響を受けた近代的な気候学とも類似する。地球のほぼ全史を網羅する学際的な科学として、古気候学は古生物学、古地理学、気象学、海洋学の研究成果に依存しており、大気化学や地球物理学などの学問分野と協力している。ここ数十年では、天文学と天体物理学の研究成果がますます考慮されるようになってきている。

古気候学的手段により、地球の過去および将来の気候展開に関する根拠に基づいた声明を発することが、いよいよ可能となった。後者については、地球温暖化などの既に始まっている展開と、起こりうる氷河時代などの未来へ続く事象の両方に関係する。さらに、気候感度をより正確に算定し、急激な気候変化（英語版）の原因と結果を探るために古気候学的データが用いられる。
研究史.mw-parser-output .ambox{border:1px solid #a2a9b1;border-left:10px solid #36c;background-color:#fbfbfb;box-sizing:border-box}.mw-parser-output .ambox+link+.ambox,.mw-parser-output .ambox+link+style+.ambox,.mw-parser-output .ambox+link+link+.ambox,.mw-parser-output .ambox+.mw-empty-elt+link+.ambox,.mw-parser-output .ambox+.mw-empty-elt+link+style+.ambox,.mw-parser-output .ambox+.mw-empty-elt+link+link+.ambox{margin-top:-1px}html body.mediawiki .mw-parser-output .ambox.mbox-small-left{margin:4px 1em 4px 0;overflow:hidden;width:238px;border-collapse:collapse;font-size:88%;line-height:1.25em}.mw-parser-output .ambox-speedy{border-left:10px solid #b32424;background-color:#fee7e6}.mw-parser-output .ambox-delete{border-left:10px solid #b32424}.mw-parser-output .ambox-content{border-left:10px solid #f28500}.mw-parser-output .ambox-style{border-left:10px solid #fc3}.mw-parser-output .ambox-move{border-left:10px solid #9932cc}.mw-parser-output .ambox-protection{border-left:10px solid #a2a9b1}.mw-parser-output .ambox .mbox-text{border:none;padding:0.25em 0.5em;width:100%;font-size:90%}.mw-parser-output .ambox .mbox-image{border:none;padding:2px 0 2px 0.5em;text-align:center}.mw-parser-output .ambox .mbox-imageright{border:none;padding:2px 0.5em 2px 0;text-align:center}.mw-parser-output .ambox .mbox-empty-cell{border:none;padding:0;width:1px}.mw-parser-output .ambox .mbox-image-div{width:52px}html.client-js body.skin-minerva .mw-parser-output .mbox-text-span{margin-left:23px!important}@media(min-width:720px){.mw-parser-output .ambox{margin:0 10%}}

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気候を推定する方法

古気候学が現代気候学と違うのは、対象となる気候を、直接、計測機器により科学的に観測した結果が得られない点である。そこで、地球科学に求められる「観測に基づいた推定や考察」を行うため、間接的に観測する方法が採られている。その手段には、様々なものが用いられる。

まず挙げられるのは、氷床から取り出される氷床コアである。氷床コアには、過去に降った雪が積み重なっており、雪が降った当時の空気もその中に閉じこめられている。したがって、その空気を抽出することで、その当時の空気の組成などを知ることができる。また、氷の水分子中の水素や酸素の同位体比を調べることで、過去の海面気温の変化を推定することができる。条件の良い資料では最大70万年前までの気候が推定でき（EPICA、ドームふじなど）、その他のものでも数十万年間程度の気候を推定できる。それより古いものは、融解によってすでに失われていると考えられている。

また、年輪年代学に基づく研究も行われている。同年代に生育した多数の年輪サンプルから標準年輪曲線を作成し、その幅の大小から気候を知ることができる。温暖な時期は幅が広く、寒冷な時期は幅が狭くなる。さまざまな樹種・生育環境・樹齢のサンプルを集めた精度の高い標準年輪曲線を、地中の枯死した木の年輪と比較することで、過去の気候の推定に応用することができる。現在、年輪に基づく推定では過去約1万年程度の気候が推定されている。

湖底や海底の堆積物に含まれる動植物の化石や花粉、堆積物中の物質の同位体比の分析によっても過去の気候変化の様子を知ることができる。傾向として、温暖期には生物の死骸や花粉などの堆積物は増加し、寒冷期には減少する。それらの変化傾向と、放射年代測定などの年代測定法を組み合わせて推定する。
地球の気候の歴史

堆積物や化石・岩石等の資料、氷河、年輪などの考古資料を分析すると、新しい年代ほど気候の変化が小刻みに変動していくようなデータが得られる。これは、年代が古くなるほど年代推定が荒くなるためであり、必然的に古い気候ほど変化のスパンは長くなってしまう。ここでは、時代を適切に区切って、各区切りの中での出来事を記述する。
地球誕生以降

年代名称気候の特徴
24億年前 - 21億年前ヒューロニアン氷期(Huronian)全球凍結とまではいかないものの非常に低温だったと推定される。堆積物等の痕跡がないため推定。
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7億5千万年前-7億年前スターティアン氷期(Sturtian)全球凍結になったと考えられる。
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?-6億4千万年前(数千万年間)マリノア氷期(Marinoan)再び全球凍結になったと考えられる。
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カンブリア紀・オルドビス紀の温暖期
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4億6千万年前ー4億3千万年前アンデス・サハラ氷期(Andean-Saharan glaciation)
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デボン紀の温暖期
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3億6千万年前-2億6千万年前カルー氷期(Karoo Ice Age)
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ペルム紀の温暖期
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三畳紀の温暖期
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白亜紀の温暖期
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約300万年前-現在第四紀氷期(Quaternary)現在の氷期。

第四紀氷期第四紀氷期中の氷期（寒冷期）と間氷期（温暖期）とを細分化して列挙。年代はBP。

年代名称気候の特徴
155万年前―130万年前ブレメントニアンBramertonian
130万年前―80万年前プレパストニアンPre-Pastonian
80万年前―60万年前パストニアンPastonian
60万年前-58.5万年前ドナウI氷期
58.5万年前-55万年前?間氷期
55万年前-54万年前ドナウII氷期
54万年前-47万年前ドナウ・ギュンツ間氷期
47万年前-33万年前ギュンツ氷期
33万年前-30万年前ギュンツ・ミンデル間氷期
30万年前-23万年前ミンデル氷期
23万年前-18万年前ミンデル・リス間氷期
18万年前-13万年前リス氷期
13万年前-7万年前リス・ヴュルム間氷期