Геологическое прошлое Земли изучают палеогеографы — эти специалисты работают с данными о том, как исторически менялись физико-географические обстановки и почему это происходило. Они исследуют в том числе климат прошлого, касаются геологических процессов - например, тектонических перемещений.

Палеогеография — фундаментальная наука, её практическое значение весьма опосредованное. Но действительно важно знать, как всё происходило раньше, чтобы понимать, чего ждать в будущем.

В арсенале палеогеографии много методов — это и методы изотопного анализа, и методы радиоуглеродного анализа, и более частные литологические или палеомагнитные методы.

Существуют методы получения информации о прошлом с помощью изучения остатков живых микроорганизмов - к примеру, диатомовых водорослей.

Диатомовые водоросли — это одноклеточные организмы с кремнистым панцирем, и разглядеть их можно только под микроскопом. Их кремнистый панцирь может сохраняться в грунте на дне океана или озера тысячи лет. Исследуя грунт, учёные по видам диатомовых водорослей могут определить, какой была среда пять или десять тысяч лет назад. Есть, например, водоросли, которые предпочитают солёную воду, есть предпочитающие пресную, есть теплолюбивые, есть холодолюбивые.

Палеогеографы в Антарктиде исследуют то, как меняется уровень моря, как растут и уменьшаются ледники, как они влияют на рельеф и даже земную кору, в каких климатических обстоятельствах это происходит: как вода из океана переходит в лёд, как Земля реагирует на эти изменения. Три основных элемента этой системы — массив воды, лёд и земная кора, и внимание палеогеографов сосредоточено на их взаимодействии.

Упрощённо процесс изучения выглядит так. Исследователи находят в осадочных слоях, например, остатки гнезда пингвинов — с сохранившимися органическими веществами. По органическим веществам можно определить, в какое время появилось это гнездо, и определённо сказать: пять тысяч лет назад здесь не было ни ледника, ни океана. Чуть дальше от этого места исследователи находят озеро и изучают слои донных отложений: и, например, если в верхнем слое они находят пресные отложения, а в нижнем — морские отложения, то можно предположить, что раньше это озеро находилось под морской водой — и было не озером, а нишей на дне океана. А поскольку в этом озере наверняка есть органические вещества, можно получить точную датировку, когда море отступило.

Если собрать такие данные, можно будет построить график изменения уровня моря, восстановить динамику ледника, смоделировать взаимодействие океана, земной поверхности и ледникового щита в прошлом.

В этой системе очень много факторов влияния, которые сложно учесть, поэтому полностью процесс природных изменений смоделировать невозможно. При построении моделей в палеогеографии учёные вынуждены брать в расчет самые крупные и значимые факторы, а незначительные оставлять за скобками — иначе модель просто не будет работать. Из-за постоянного вычета незначительных агентов и недостаточного знания о природе современные модели работают неточно. Так что прошлое необходимо изучать непрерывно — учёные ещё очень мало о нём знают.

Все расчёты о будущем на основании прошлого опираются на то, сколько данных есть у исследователей.

Применительно к климату у учёных есть два массива данных об Антарктиде. Первый — это массив инструментальных данных, полученных за последние сто лет. Второй — массив данных о далеком прошлом, которые можно получить только палеогеографически — проводя раскопки, работая с ледовыми кернами.

Одна из современных проблем палеогеографии состоит в том, что данные о климате, полученные первым способом, сопоставляются с данными о климате, полученными вторым способом. А ведь чем дальше в прошлое, тем более сглаженные результаты получают исследователи — данных о прошлом меньше. Прогнозирование климата при этом прямо зависит от количества данных: чтобы предсказать что-то, нужно опираться на очень длинный и очень точный ряд наблюдений. Пока же существует устойчивая теория, основанная на ряде допущений. Современная наука опирается на принцип Лайеля: мы представляем, что процессы в прошлом шли так же, как сейчас, и поэтому, когда палеогеографы изучают слои прошлого и находят ракушку, они предполагают, что на этом месте было море. А вдруг нет? Вдруг по какой-то причине всё было совсем не так?

Поскольку существуют малейшие допущения в методах, невозможно прогнозировать будущее с высокой точностью. К сожалению, невозможно определить, как в ближайшие 5–10 лет поднимется уровень моря и насколько теплее станет на Земле через 50 лет, но можно примерно очертить траекторию будущих изменений.