Однако в 20—30-х и в конце 40-х—начале 50-х годов вновь разгорелись жаркие дискуссии по климату. И лишь в 70-х годах было дано определение понятия климата как совокупности статистических свойств климатической системы за достаточно длительный, но ограниченный промежуток времени. Большинство исследователей сходятся на том, что период осреднения должен быть от нескольких лет до 10 и даже 30. Имеются серьезные основания относить к климату все то, что не может быть выражено в терминах погоды, особенно в части прогноза. Под погодой при этом понимается совокупность значений метеорологических элементов в любой точке трехмерного пространства в любой момент времени. В такой трактовке существует предел предсказуемости погоды, исчисляемый двумя-тремя неделями. За пределами предсказуемости может идти речь о прогнозе лишь осредненных характеристик, т. е. о прогнозе климата. В свою очередь климатическая система включает следующие компоненты, находящиеся между собой в сложном взаимодействии: атмосферу, океан, поверхность суши, криосферу (вода в замерзшем состоянии), биосферу.
Климат каждой эпохи (периода) определяется на основе климатических выборок за данную эпоху или данный период. Таким образом, для характеристики климата Земли и описания его истории необходимо знать совокупность статистических свойств всех компонентов климатической системы. В то же время известно, что наша планета существует примерно 4,7 млрд. лет, а период самых длительных регулярных инструментальных метеорологических наблюдений насчитывает 100—150 лет, и лишь по отдельным пунктам он составляет более 200 лет. Спутниковые и некоторые другие специальные виды наблюдений имеют еще более короткие ряды, порядка 10—15 лет.
Вполне понятно, что проследить за историей климата Земли можно только по ограниченному количеству показателей не для всей климатической системы, а для отдельных ее компонентов и в основном с использованием косвенных методов и косвенных признаков. Несомненно, в большей степени нас будет интересовать климат не безжизненной Земли, а последних нескольких миллионов или десятков миллионов лет, когда появилась биосфера.
Главную информацию о климате прошлого дают геологические источники, экологическая интерпретация палеобиологических материалов, т. е. макро- и микроостатков растений, включая пыльцу, споры и др., а также животных, погребенных в отложениях различного возраста на континентах, на дне океанов и морей. Кроме того, изучаются древние ископаемые почвы, коры выветривания и различные континентальные отложения.
Существенными видами косвенной информации являются дендрологические, археологические, исторические и другие данные, относящиеся к последнему периоду истории Земли.
В самое последнее время начали широко использоваться геохимические, главным образом изотопные методы анализа, позволяющие количественно интерпретировать некоторые характеристики климата. В соответствии с имеющимися представлениями на Земле было не менее трех крупных ледниковых эпох, последняя около 650 млн. лет назад.
Примерно в течение последних 20 млн. лет распределение материков и океанов на нашей планете стало напоминать настоящее. За это время земная атмосфера прошла существенную эволюцию. Мы не будем детализировать климат первых 4 млрд. лет истории Земли (докембрий) и последних 570—650 млн. лет (фанерозой). Отметим только, что в течение различных геологических эпох наблюдались теплый каменноугольный период в палеозое, около 300 млн. лет назад, холодный — в мезозое, около 200 млн. лет, теплый — в третичном периоде, около 70 млн. лет назад. Более или менее надежные косвенные данные имеются о климате Земли за последние 2 млн. лет (четвертичный период).
Характерной чертой четвертичного периода является формирование биосферы, т. е. тонкой воздушной, водной и почвенной оболочек земного шара, в которых существует жизнь. Биосфера образовывалась в течение миллионов лет из безжизненной геосферы, развивавшейся несколько миллиардов лет. Именно по этой причине в отличие от климатов глубокой древности, когда биосфера отсутствовала, климатические условия четвертичного периода могут соответствовать диапазону возможных изменений климата в будущем.