大约2.5亿年前，南极地区温暖如春；大约1亿年前，全世界各海洋的平均温度是21℃左右；大约9千万年前，海洋平均温度下降到了16℃，之后温度有所回升，但到了约7.5千万年前，温度又再度下降，直至冰河时代出现。
这是科学家为我们描述的2.5亿年以来古代地球的温度变化情况，而且科学家还断言，南极地区应该有煤田。
南极地区确实有煤田，这已经被发现了，但是科学家是如何知道的？科学家又是如何测出地球前世的温度的？原来，高明的科学家掌握了许多天然的地温计。
大显身手的同位素
1947年，科学家就发现，海洋贝类化石中，氧-16和氧-18的比率反映了当时贝类活着时海水的温度高低。因为海水的温度越高，含氧-18的水分子就越多，海水又是贝类生活和制造贝壳的必要原料，因此水中氧-18含量高了，贝壳中氧-18的含量也就越高。根据这个关系，科学家可以确定几千万年，甚至几亿年前的海水温度。这是因为，虽然同位素在化学性质上几乎一样，但在物理性质上会有所不同。例如，放在桌上的一杯水在蒸发时，其中含不同氧同位素（氧-16、氧-18）的水分子会以不同的速率向外逸散，含质量轻的氧-16的水分子就比含质量重的氧-18的水分子蒸发的多。这就是科学家掌握的地温计之一——氧同位素地温计。科学家正是根据这个地温计，估测出了几千万年前的海洋温度。
除此之外，还有其它同位素也可以作为地温计。例如甲烷中的碳可以由两种稳定的同位素碳-12和碳-13组成。温度较低的情况下，碳-12的比例比较大，而较高的温度下，碳-13的比例比较大。根据甲烷中碳-12和碳-13之间的比率，我们就可以确定甲烷所处地层的温度，这个地温计探测的是现在甲烷所处地层的温度。如果沉积岩在形成时包裹了一些天然气，那么利用从中分离出的甲烷，通过分析里面碳同位素的比率，就可以知道沉积岩形成时的古代地层温度了。
“小针刺”地温计
除了上述灵敏的同位素地温计外，科学家还经常用一种很小的地温计来探测几亿年前地球的温度。
这种地温计大的不超过1厘米，小的还不到1毫米长，比绣花针还小，是一种生长于距今2亿年前的古代海洋牙形动物的骨骼化石，这种化石在古海洋地层中比较多见，叫做“牙形刺”。
牙形刺化石的颜色受化石形成时的温度影响非常明显，在一定范围内，温度越高，则牙形刺内氢元素和碳元素越多，颜色就越深。但地温超过400℃后，牙形刺内的碳又会因氧化而逐渐失去，从而颜色变浅。下图列出了牙形刺的颜色所代表的温度范围：牙形刺颜色从1（淡棕色或琥珀色）变到5（黑色），这个过程是牙形刺内碳含量随温度的升高而增加的过程；牙形刺颜色从黑色经过灰色、浅灰色变到白色，是牙形刺失去碳元素的过程。
牙形刺化石的内部构造相对简单，用牙形刺来探测古代地温，简单且准确，这就是科学家选择牙形刺化石作为地温计的原因。
科学家曾经通过牙形刺的颜色估计出牙形刺所在地层的有机变质温度，从而可以找到有利于石油或天然气形成的地区。美国就曾用这种方法，在阿拉斯加地区找到了含量丰富的油气层，中国也用“小针刺”大致圈出了华南、华北地区的油气勘探区。
煤中的“黑镜子”
我们知道，优质的煤不但坚硬，而且黑得发亮，发亮的地方一般比较光滑，能够反射光，这种反射光的部分，科学家叫它“镜质体”，是植物的细胞壁、纤维素等部分在较高的温度下转变成的。
煤的形成受温度的影响比较大，较低的温度下，植物组织中的水被蒸发，碳水化合物中的氢和氧也以水的形式脱去一部分，形成泥煤；温度若达到200℃以上，有机物中大部分氢脱去，形成褐煤；泥煤和褐煤都是多孔的，质地较软。当泥煤或褐煤被进一步埋到更深的地层中后，温度若达到500℃左右，褐煤中的氢变成挥发性物质（甲烷等）全部逸出，同时煤中的碳会在深地层的较高压力下重新排列，形成密度较高、坚硬的黑色煤，排列致密的碳——镜质体也随之形成，而且地层的温度越高，镜质体越致密，反光性能越好。
由于煤中镜质体的反光率与煤形成时地层的温度有密切的关系，所以它常被当作煤层的古代地温计。
隐藏在矿物中的温度信息
一些晶体矿物在形成时，由于冷却不均匀，矿物晶体中经常会裹有气体或液体小泡，在显微镜下就可以观察到透明矿物内部的小泡。加热矿物到液体状态，当矿物与小泡熔为均一的状态时，那时的温度就是矿物形成时地层的温度。这就是测量温度的一种方法。
用闪锌矿（即硫化锌矿石）来测量地温则另有高招，闪锌矿中常含有一些微量元素，这些微量元素含量的多少常与闪锌矿的形成温度有关：例如，若闪锌矿形成时的温度较高，则含铁质较多，颜色呈黑色或褐色；如其形成温度不高，则含铁质较少，会呈现较浅的黄色或褐黄色，因此，闪锌矿中的铁含量就可作为地温计，来估测闪锌矿形成时周围的温度。
有些矿物成分相同，但在不同温度和压力下，会形成不同的晶体结构。利用这种现象，也可以估计矿物形成时地层的温度。例如文石和方解石的成分都是碳酸钙，但在较低的温度（低于400℃）下，碳酸钙结晶形成的是文石，而在高于400℃的情况下，形成的则是方解石。有趣的是，经历不同地层温度而形成的石钟乳，其断面竟然会出现像树木年轮一样的同心圆层，也就是文石和方解石间隔排列。
类似的情况，还有许多，例如碳在较低的温度和压力下形成的是石墨，在较高的温度和压力下形成的则是金刚石。
测量古代地球的温度意义重大，这不仅可以帮助我们寻找矿藏，掌握地热的分布状况，还可以让人类更多地了解古代气候状况，找出气候长期变化的规律，从而为人类对将来的气候变化作出长期的预测。而很多看似毫不相干的地质现象，却与地球温度有着千丝万缕的联系，使得今天的我们能够了解久远年代的冷暖寒热。
