El estudio de las atmósferas primitivas ha sido abordado por diferentes disciplinas geológicas. La "historia" de la Tierra ha quedado reflejada en las rocas y cada especialista utiliza diferentes herramientas para descifrar la información que guardan. Paleontólogos, sedimentólogos y geoquímicos son los que más datos han aportado sobre la evolución de la atmósfera y la hidrosfera. En nuestro país, investigadores de universidades y centros como el CSIC, el Instituto Tecnológico y Geominero de España o el CIEMAT, realizan estudios encaminados a conocer las condiciones ambientales del pasado. Si ya resulta difícil conocer aspectos ocurridos hace sólo 2.000 años, conocer los 4.600 millones de años de la historia del planeta resulta enormemente complejo y, al mismo tiempo, apasionante.

La mayor parte de las rocas de la Península Ibérica tienen edades inferiores a los 600 millones de años, por lo que no se han podido encontrar señales de la atmósfera más primitiva. Una vez que se desarrollaron las plantas superiores (410 millones de años), la composición de la atmósfera no ha experimentado cambios importantes. Sin embargo, pequeños cambios en su composición sí han podido traducirse en cambios climáticos significativos. Gran parte de los grupos españoles centrados en las condiciones del pasado se dedican a estudios paleoclimáticos del cuaternario, debido a la necesidad de conocer el pasado reciente para inferir tendencias futuras. Un objetivo del grupo de Biogeoquímica de Isótopos Estables de la Estación Experimental del Zaidín (CSIC) es conocer las condiciones atmosféricas y paleohidrológicas del pasado más reciente. La Península Ibérica sufre procesos de sequía que producen un deterioro del medio, con áreas en vías de desertización, incendios forestales, agotamiento de las reservas de agua subterránea, etc. Resulta vital conocer si este hecho es relativamente frecuente o inusual y, sobre todo, conocer las tendencias en la cantidad de precipitación con el aumento o disminución de la temperatura.

La Península Ibérica presenta extremos climáticos: desde zonas muy lluviosas en Galicia y la cornisa Cantábrica hasta zonas desérticas en el SE y Levante, pero estas condiciones no siempre han tenido el mismo comportamiento. Por tanto, la evolución en la composición isotópica del agua de lluvia en la Península Ibérica durante los últimos 18.000 años resulta de extremo interés.

Las condiciones atmosféricas, especialmente la temperatura, determinan la composición isotópica del agua de precipitación. Sin embargo, mientras que a altas latitudes, el agua de precipitación se conserva congelada y se puede muestrear sin problemas, en zonas de bajas o medias latitudes, no son posibles esas medidas. Nuestro grupo desarrolla actividades pioneras a escala internacional mediante el estudio de las razones isotópicas del fosfato de huesos y dientes de restos de mamíferos. El contenido isotópico de este material óseo refleja la composición del agua que bebieron y, por tanto, nos informa de las condiciones paleoclimáticas y paleohidrológicas del pasado. Mientras los grandes mamíferos informan sobre la temperatura, los valores isotópicos de animales como el conejo, que apenas bebe agua, reflejan la humedad relativa y aportan datos sobre el grado de aridez.

Este proyecto ha sido viable porque nuestro país es rico en yacimientos arqueológicos. El hombre, durante el tiempo que habitó una cueva dejaba restos de comida. Estos niveles podrán explicar el comportamiento de nuestros ancestros en relación con el clima. En la actualidad se estudian las cuevas de Nerja, Carihuela y Bolondor, junto con la composición del carbono en el esmalte dental. Otros estudios han sido realizados con el grupo de Luis Pérez de Villar, cuyo estudio de sedimentos ricos en materia orgánica de Gabón, de 2.000 millones de años, permitió inferir que la composición isotópica del CO2 atmosférico en una atmósfera temprana ya tenía un valor similar al actual. Estudios de series continuas de los últimos 700.000 años de la turbera de El Padul (Granada), han producido una de las mejores series de Europa en estudios paleoclimáticos. Y estudios de carbonatos y materia orgánica en lagos cubriendo los últimos 15.000 años se desarrollan con Blas Valero Garcés del Instituto Pirenáico de Ecología (CSIC) de Zaragoza.