La période couverte par des mesures thermométriques ne remonte qu’à la fin du XIXe siècle. Pour reconstituer les climats plus anciens, les spécialistes utilisent des indicateurs paléo-climatiques des températures de l’atmosphère, de la salinité des eaux, de l’intensité des précipitations… Que ce soit à partir de marqueurs vivants ou de facteurs purement physiques, ces reconstructions doivent être soigneusement validées et datées pour nous éclairer sur des changements de l’histoire climatique passés. Ces indicateurs étant très nombreux, nous n’en donnerons pas ici une description exhaustive.
Les pollens sont souvent utilisés, car ils peuvent se conserver très longtemps au fond des lacs, dans les mers près des côtes, dans les sols ou les tourbières. La distribution et la quantité des différents pollens présents dans un site permettent d’évaluer les températures ou les précipitations. Mais une condition nécessaire à ce travail est de disposer d’une référence : les distributions de pollens pour le climat actuel. Cette démarche s’est révélée très féconde pour restituer l’évolution du climat au Quaternaire. Ainsi, les pollens des lacs d’Europe de l’Ouest montrent très clairement comment, après la déglaciation, il y a 11 000 ans, les espaces couverts d’une végétation d’herbacés se sont transformés en paysages beaucoup plus arborés avec le retour des premiers arbres, dont le bouleau, suivis par le chêne et encore plus tard par le hêtre. En plus de précieuses informations sur les changements de végétation continentale, les pollens collectés dans les carottes de sédiments marins permettent de voir comment continents et océans réagissent à des changements climatiques.
Un indicateur paléo-climatique terrestre moins accessible est le spéléothème, du grec spelaion, « caverne » et thema, « dépôt ». Il désigne les stalagmites qui montent du plancher de la grotte, les stalactites qui s’arriment à la voûte et les planchers stalagmitiques. L’analyse de leur composition chimique et isotopique (la proportion des différents isotopes de l’oxygène qui diffèrent par le nombre de neutrons de leur noyau atomique) révèle les variations des précipitations. Les spéléothèmes des grottes du sud de l’Asie permettent de reconstituer les variations des pluies de mousson sur plus de 200 000 ans. Un aspect particulièrement intéressant des spéléothèmes est la possibilité de les dater avec précision.
Un autre indicateur surprenant est issu des sédiments lacustres. Dans les latitudes tempérées, ils sont un excellent traceur des changements de précipitations. Comme pour les spéléothèmes, l’analyse isotopique de l’oxygène de la calcite issue de minuscules organismes vivant au fond des lacs, comme les ostracodes (de petites crevettes), dévoile l’évolution des précipitations.
Le loess est enfin un indicateur très répandu en Europe et en Amérique du Nord. Il s’agit d’un empilement de particules fines transportées par le vent. Ces loess se forment surtout dans les phases froides et sèches des périodes glaciaires. Les particules sont arrachées des zones sources par le vent puis transportées – parfois sur des centaines de kilomètres – et déposées de façon sèche ou humide. Les loess enregistrent très bien l’alternance des phases glaciaires/interglaciaires en Europe, ils peuvent même voir des transitions abruptes. Ils sont un des rares indicateurs à pouvoir donner des informations sur la circulation atmosphérique et la direction des vents.
