在过去的5.39亿年里，地球的气候和碳循环仅存在于五个相对稳定的状态中。国际数学家、古生物学家和气候学家组成的团队发现，生物圈在这些状态之间的过渡时期变得最为脆弱。
科学家分析了古代海底碳酸盐岩中的两个化学指标。一个反映了海洋温度，另一个反映了碳在自然循环中的流动。数据被划分为1140个时间点，间隔约为47.2万年。
地球的五个气候状态气候状态的边界大约出现在4.47亿、3.58亿、2.39亿和5.7亿年前。它们划分了早古生代的炎热时期、晚古生代的冰期、恐龙时代的温暖“温室”世界以及更寒冷的现代时代。这些过渡历时数百万年——从地质学的角度看是快速的，但对单个生物来说几乎是不可察觉的。
在气候模式转变之前，气候系统在受到扰动后恢复得越来越慢：每一次随后的波动都越来越像前一次。这种效应被认为是临界点临近的早期迹象。在奥陶纪、晚古生代和三叠纪危机期间，以及古近纪与始新世交界处的急剧变暖期间，都发现了类似的信号。
当生物圈特别脆弱时通过海洋无脊椎动物属的消失与出现速率，并结合整体生物多样性来评估生物圈的状态。脆弱性高峰与重大危机相对应，包括消灭了多达95%物种的二叠纪-三叠纪大灭绝。
最不稳定的是最古老的阶段——5.39亿至4.47亿年前，其中包括寒武纪大爆发。当时的全球气候非常温暖且多变，物种快速出现又迅速灭绝，其总体多样性一直保持在较低水平。在晚奥陶纪灭绝事件（该事件消灭了至少85%的物种）之前，也曾出现过不稳定的迹象。
现代时代是最平静的相反，在过去的5700万年里，脆弱性指标处于最低水平。科学家将此归因于生物多样性的增加、物种灭绝速度的放缓以及长寿物种的占主导地位。
进入新气候状态并非每一次大规模灭绝的直接原因。它设定了一个整体的压力水平，在这一背景下，火山活动、小行星撞击和其他外部因素发挥了作用。气候模式是如何维持数百万年的，以及是什么触发了它们之间的转变，还有待进一步探明。