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古近纪气候演化经历了由“温室气候”向“冰室气候”转变的过程：古近纪早期的升温期延续了白垩纪的温室气候，气温小幅度上升并且在始新世的早期达到最大值，期间发生了一次显著的气候事件(PETM 极热事件)，在PETM 事件期间全球海洋沉积物中的13C 含量至少发生了3‰的负偏移，造成了严重的温室效应，导致全球海水温度急剧上升；早始新世晚期开始进入降温期，气温开始波动下降转入降温期，始新世晚期均温接近于0℃；渐新世早期，由于南极冰盖形成，导致全球温度骤然下降(Oi-L 骤冷事件)，进入冰室气候期，虽然晚期气温有所升高，但末期在此下降(Mi-L 降温事件)。