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グリーンランド、南極の永久氷をボーリングして
氷の中に含まれてる酸素、炭素、窒素の同位体比を質量分析計で精密に観測する

気温、水温、日照による同位体の質量比と大気ー海洋の物質循環と蒸散による同位体比のズレ
あるいは植物の光合成におけるC3 C4炭素固定、酸素発生での同位体比のズレなど
いくつか仮定してシミュレーションする
古代絶滅サンゴ礁化石の炭酸カルシウムの炭素、酸素の同位体比など
10万年から数億年の地史的な証拠と分析で古代の気象の推定は可能
直近の数万年に関しては化石の年輪の追跡で絶対年代と気温はかなり確実に推定できる

極地永久氷ボーリングのコアサンプルのスライスの解析でもそれをさらに延長して細密な年次気温変化なりを推定しつつある研究が多数ある