Los núcleos de hielo son muestras cilíndricas de hielo extraído de las capas de hielo y los glaciares. Debido a que los núcleos de hielo se toman de regiones que permanecen congeladas durante todo el año, contienen información detallada sobre la historia del clima de la Tierra, para aquellos que saben cómo mirar. Los paleoclimatólogos a menudo estudian núcleos de hielo ampliamente para recopilar datos sobre los principales eventos climáticos y para reconstruir patrones en la historia meteorológica de la Tierra. Los núcleos de hielo se pueden encontrar almacenados en numerosas instalaciones y archivos de investigación.
Para tomar una muestra de núcleo de hielo, los investigadores deben encontrar un área con depósitos de hielo significativos, idealmente un área donde el hielo ha estado presente durante miles de años. Los casquetes polares son una ubicación privilegiada para tomar núcleos de hielo, al igual que algunos glaciares permanentes. Los investigadores perforan el hielo con equipos especializados, usando un líquido para mantener la presión para que el agujero no se colapse, y extraen muestras de hielo del agujero y las empaquetan para su posterior estudio.
Estas muestras deben manipularse con cuidado para garantizar que no estén contaminadas por el clima moderno. Debido a que los núcleos de hielo a menudo experimentan cambios radicales en la presión cuando son arrastrados a la superficie, los investigadores primero deben permitirles «relajarse» a temperaturas extremadamente bajas para que no se rompan. En todo momento, los núcleos de hielo deben mantenerse escrupulosamente limpios, y cuando los núcleos estén finalmente listos para su estudio, se manipularán en una sala limpia para reducir el riesgo de contaminación.
Visto en sección transversal, un núcleo de hielo tiene una serie de capas que representan décadas de nevadas. Cada capa se puede utilizar para recopilar información sobre el clima de ese año. El hielo puede atrapar materiales particulados como contaminantes y cenizas, junto con isótopos radiactivos y varios niveles de productos químicos disueltos. Utilizando núcleos de hielo, los investigadores pueden ver cómo eran históricamente los niveles de oxígeno y dióxido de carbono. También pueden encontrar pistas como el polen y el polvo en los núcleos de hielo que podrían usarse para estimar la dirección predominante del viento en un año determinado y para aprender más sobre lo que estaba sucediendo en otras partes de la Tierra.
Al examinar los núcleos de hielo, uno de los problemas clave es la datación precisa. Sin una fecha sólida para trabajar, los datos no son muy útiles. La datación se puede lograr contando físicamente las capas, como se hace con los anillos de los árboles. También se puede hacer analizando los niveles de isótopos en el hielo y comparando los niveles con muestras de hielo conocidas, o buscando capas clave en el hielo que podrían usarse para extrapolar. Por ejemplo, cuando Krakatoa entró en erupción en 1883, distribuyó cenizas volcánicas en todo el mundo, dejando un rastro revelador en los núcleos de hielo de esta época.