分析黄土的结构和成分，可以得到当时气候环境的线索，例如颗粒的粗细能反映冬季风的强弱；不同矿物抵抗风化的能力不同，环境的变化就会反映在黄土的矿物和化学成分里。另外，黄土里有大量生物化石，这就要求古地质学家同时也必须是一个好的古生物学家——刘东生院士改行研究黄土之前正是一位古生物专家，研究鱼化石。有两种动物在黄土研究中特别受到青睐：蜗牛和鼢鼠（一种田鼠）。
　　蜗牛需要从环境里获取碳酸钙来建造它背上那幢小小的房子，而钙质含量高正是黄土的特征，因此黄土里盛产蜗牛。而且蜗牛一辈子也走不了多远，它的化石所记载的一定是当地的历史气候信息。把黄土层里发现的各种蜗牛与现在生存于世界各地的同类蜗牛对比，通过其生活习性——喜欢湿润、喜欢干旱或各种条件都能适应——就能推断古代气候环境。对鼢鼠的研究则发现，在进化历程中，鼢鼠渐渐失去了牙根，意味着它的牙齿可以没完没了地长下去，这是气候恶化使得食物来源减少、质地粗糙、嚼起来费牙的体现。从黄土埋葬的古土壤、碳同位素、古植物孢子花粉及动物化石来看，过去这些地区是草原而不是森林，气候比较干旱，很可能黄土高原上从来就没有过大面积的森林植被，这对于如何合理有效地保护和治理黄土高原的环境有重要启示。
　　中国黄土记载的是区域气候变化，它是否有全球意义？20世纪80年代初，刘东生院士与合作者一起，把黄土地层与深海沉积物逐层对比，发现结果是一致的。这个突破性的进展是黄土研究的一个里程碑，从此将中国黄土纳入了全球环境变化的框架，使黄土古气候学成为一个重要的研究领域，并对研究过去的海陆相互作用对环境的影响十分重要。

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