นิเวศวิทยาบรรพกาลหรือนิเวศวิทยาบรรพกาลคือการศึกษาปฏิสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตและ/หรือปฏิสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตกับสิ่งแวดล้อมในช่วงเวลาทางธรณีวิทยา [ ^{1 ] ใน}ฐานะที่เป็นสาขาวิชา นิเวศวิทยาบรรพกาลมีปฏิสัมพันธ์ พึ่งพา และให้ข้อมูลแก่หลากหลายสาขา รวมถึงบรรพ ชีวินวิทยานิเวศวิทยาภูมิอากาศวิทยาและชีววิทยา

นิเวศวิทยาบรรพกาลเกิดขึ้นจากสาขาบรรพชีวินวิทยาในช่วงทศวรรษ 1950 แม้ว่านักบรรพชีวินวิทยาจะทำการศึกษานิเวศวิทยาบรรพกาลมาตั้งแต่การก่อตั้งบรรพชีวินวิทยาในช่วงทศวรรษ 1700 และ 1800 การผสมผสานแนวทางการสืบสวนโดยการค้นหาฟอสซิลเข้ากับแนวทางเชิงทฤษฎีของชาร์ลส์ ดาร์วินและอเล็กซานเดอร์ ฟอน ฮุมโบลต์ นิเวศวิทยาบรรพกาลเริ่มต้นขึ้นเมื่อนักบรรพชีวินวิทยาเริ่มตรวจสอบทั้งสิ่งมีชีวิตโบราณที่พวกเขาค้นพบและสภาพแวดล้อมที่สร้างขึ้นใหม่ซึ่งสิ่งมีชีวิตเหล่านั้นอาศัยอยู่ ภาพวาดของชุมชนทางทะเลและบนบกในอดีตถือเป็นรูปแบบแรกเริ่มของนิเวศวิทยาบรรพกาล คำว่า "นิเวศวิทยาบรรพกาล" ถูกบัญญัติโดยเฟรเดอริก เคลเมนต์สในปี 1916 ^{[ 2 ]}

• นิเวศวิทยาบรรพกาลแบบคลาสสิกใช้ข้อมูลจากฟอสซิลและซากดึกดำบรรพ์เพื่อสร้างระบบนิเวศในอดีตขึ้นมาใหม่ โดยเกี่ยวข้องกับการศึกษาสิ่งมีชีวิตที่เป็นฟอสซิลและซากที่เกี่ยวข้อง (เช่น เปลือก ฟัน ละอองเรณู และเมล็ด) ซึ่งสามารถช่วยในการตีความวงจรชีวิตปฏิสัมพันธ์ระหว่างสิ่งมีชีวิตสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติชุมชน และลักษณะการตายและการฝังศพ การตีความดังกล่าวช่วยในการสร้างสภาพแวดล้อมในอดีตขึ้นมาใหม่ (เช่น สภาพแวดล้อมบรรพกาล) นักนิเวศวิทยาบรรพกาลได้ศึกษาบันทึกฟอสซิลเพื่อพยายามชี้แจงความสัมพันธ์ระหว่างสัตว์กับสภาพแวดล้อม ส่วนหนึ่งเพื่อช่วยให้เข้าใจสถานะปัจจุบันของความหลากหลายทางชีวภาพพวกเขาได้ระบุความเชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดระหว่างความหลากหลายทางอนุกรมวิธานและความหลากหลายทางนิเวศวิทยาของสัตว์มีกระดูกสันหลัง นั่นคือ ระหว่างความหลากหลายของสัตว์และนิเวศวิทยาที่พวกมันครอบครอง^{[ 3 ]}นิเวศวิทยาบรรพกาลแบบคลาสสิกเป็นแนวทางแบบลดทอนเป็นหลัก: นักวิทยาศาสตร์ทำการวิเคราะห์โดยละเอียดของกลุ่มสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กภายในกรอบเวลาทางธรณีวิทยาที่สั้นกว่า
• นิเวศวิทยาบรรพกาลเชิงวิวัฒนาการใช้ข้อมูลจากฟอสซิลและหลักฐานอื่นๆ เพื่อตรวจสอบว่าสิ่งมีชีวิตและสภาพแวดล้อมเปลี่ยนแปลงไปอย่างไรตลอดช่วงเวลา นักนิเวศวิทยาบรรพกาลเชิงวิวัฒนาการใช้วิธีการแบบองค์รวมโดยพิจารณาทั้งการเปลี่ยนแปลงของสิ่งมีชีวิตและสิ่งแวดล้อม โดยคำนึงถึงการเปลี่ยนแปลงทางกายภาพและเคมีในชั้นบรรยากาศชั้นธรณีภาคและชั้นน้ำตลอดช่วงเวลา การศึกษาแบบแผนของวิวัฒนาการและการสูญพันธุ์ในบริบทของการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อม ทำให้นักนิเวศวิทยาบรรพกาลเชิงวิวัฒนาการสามารถตรวจสอบแนวคิดเรื่องความเปราะบางและความยืดหยุ่นในสายพันธุ์และสิ่งแวดล้อมได้
• นิเวศวิทยาชุมชนโบราณใช้การวิเคราะห์ทางสถิติเพื่อตรวจสอบองค์ประกอบและการกระจายตัวของกลุ่มพืชหรือสัตว์ โดยการวัดปริมาณความสัมพันธ์ระหว่างพืชหรือสัตว์ นักนิเวศวิทยาชุมชนโบราณจึงสามารถตรวจสอบโครงสร้างของชุมชนสิ่งมีชีวิตโบราณได้ ความก้าวหน้าทางเทคโนโลยีได้ช่วยผลักดันสาขานี้ให้ก้าวหน้าไปอย่างมาก ผ่านการใช้แบบจำลองทางกายภาพและการวิเคราะห์ด้วยคอมพิวเตอร์

แม้ว่าเราอาจไม่สามารถสังเกตหน้าที่และความสัมพันธ์ของสิ่งมีชีวิตดึกดำบรรพ์ได้โดยตรง (เช่นเดียวกับในนิเวศวิทยา) แต่นักวิทยาศาสตร์สามารถอธิบายและวิเคราะห์ทั้งสิ่งมีชีวิตแต่ละตัวและกลุ่มสิ่งมีชีวิตในช่วงเวลาต่างๆ ได้ ในการทำเช่นนั้น นักนิเวศวิทยาบรรพกาลจึงตั้งสมมติฐานดังต่อไปนี้:

• สิ่งมีชีวิตทุกชนิดปรับตัวและถูกจำกัดให้อยู่ในสภาพแวดล้อมเฉพาะ และโดยทั่วไปแล้วจะปรับตัวให้เข้ากับวิถีชีวิตเฉพาะอย่าง
• โดยพื้นฐานแล้วสิ่งมีชีวิตทุกชนิดต่างพึ่งพาอาศัยสิ่งมีชีวิตอื่น ไม่ว่าจะโดยตรงหรือโดยอ้อม
• ซากดึกดำบรรพ์หรือหลักฐานทางกายภาพนั้นไม่สมบูรณ์โดยธรรมชาติ บันทึกทางธรณีวิทยานั้นเลือกสรร และบางสภาพแวดล้อมมีแนวโน้มที่จะได้รับการอนุรักษ์ไว้มากกว่าสภาพแวดล้อมอื่นๆ กระบวนการเกิด ซากดึกดำบรรพ์ (Taphonomy)ซึ่งส่งผลต่อการพบซากดึกดำบรรพ์มากเกินไปหรือน้อยเกินไป เป็นปัจจัยสำคัญอย่างยิ่งในการตีความกลุ่มซากดึกดำบรรพ์
• หลักการเอกรูปนิยมคือแนวคิดที่ว่ากระบวนการที่เกิดขึ้นในอดีตทางธรณีวิทยาจะเหมือนกับกระบวนการที่สังเกตพบในปัจจุบัน ในด้านนิเวศวิทยาบรรพกาล หลักการเอกรูปนิยมถูกนำมาใช้เป็นวิธีการ: นักนิเวศวิทยาบรรพกาลทำการอนุมานเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตและสภาพแวดล้อมในอดีตโดยอาศัยความคล้ายคลึงที่พวกเขาพบในปัจจุบัน^{[ 2 ]}

จุดมุ่งหมายของนิเวศวิทยาบรรพกาลคือการสร้างแบบจำลองสภาพแวดล้อมการดำรงชีวิตของสิ่งมีชีวิตในอดีตที่ค้นพบในปัจจุบันในรูปของฟอสซิลให้ได้ละเอียดที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ กระบวนการสร้างสภาพแวดล้อมในอดีตขึ้นใหม่จำเป็นต้องใช้แหล่งข้อมูล (เช่น ลำดับชั้นตะกอน) ตัวบ่งชี้ (เช่น ฟอสซิลขนาดเล็กหรือขนาดใหญ่ และลักษณะอื่นๆ ของตะกอนที่ให้หลักฐานเกี่ยวกับสิ่งมีชีวิตและสภาพแวดล้อมทางกายภาพ) และลำดับเวลา (เช่น การหาอายุสัมบูรณ์ (หรือสัมพัทธ์) ของเหตุการณ์ในแหล่งข้อมูล) การสร้างใหม่ดังกล่าวต้องคำนึงถึงปฏิสัมพันธ์ที่ซับซ้อนระหว่างปัจจัยด้านสิ่งแวดล้อม เช่น อุณหภูมิ แหล่งอาหาร และระดับแสงแดด บ่อยครั้งที่ข้อมูลส่วนใหญ่สูญหายหรือบิดเบือนไปเนื่องจากกระบวนการเกิดฟอสซิลหรือการเปลี่ยนแปลงทางเคมีของตะกอนที่ห่อหุ้ม ทำให้การตีความทำได้ยาก

ตัวแทนอื่นๆ สำหรับการสร้างสภาพแวดล้อมในอดีตขึ้นใหม่ ได้แก่ ถ่านและละอองเกสร ซึ่งสังเคราะห์ข้อมูลไฟและพืชพรรณตามลำดับ ทางเลือกทั้งสองนี้สามารถพบได้ในทะเลสาบและสภาพแวดล้อมที่เป็นพีท และสามารถให้ข้อมูลที่มีความละเอียดปานกลางถึงสูง^{[ 4 ]} วิธีการเหล่านี้ได้รับการศึกษามาเป็นอย่างดีและมักใช้ในสาขาบรรพนิเวศวิทยา

โดยปกติแล้ว ปัจจัยความซับซ้อนของสภาพแวดล้อมจะถูกจัดการผ่าน การวิเคราะห์ ทางสถิติของข้อมูลเชิงตัวเลขที่มีอยู่ ( บรรพชีวินวิทยา เชิงปริมาณ หรือ บรรพสถิติ) ในขณะที่การศึกษาเกี่ยวกับกระบวนการหลังการตายนั้นเรียกว่า สาขาทาโฟโนมี

เนื่องจาก ยุค ควอเทอร์นารีมีการบันทึกข้อมูลที่ครอบคลุมทางภูมิศาสตร์และมีความละเอียดสูงในเชิงเวลา สมมติฐานหลายอย่างที่เกิดขึ้นจากการศึกษาทางนิเวศวิทยาของสภาพแวดล้อมสมัยใหม่จึงสามารถทดสอบได้ในระดับพันปีโดยใช้ข้อมูลทางบรรพนิเวศวิทยา นอกจากนี้ การศึกษาดังกล่าวยังให้ข้อมูลพื้นฐานทางประวัติศาสตร์ (ก่อนยุคอุตสาหกรรม) เกี่ยวกับองค์ประกอบของชนิดพันธุ์และรูปแบบการรบกวนสำหรับการฟื้นฟูระบบนิเวศ หรือให้ตัวอย่างเพื่อทำความเข้าใจพลวัตของการเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศในช่วงเวลาของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ ครั้งใหญ่ การศึกษาทางบรรพนิเวศวิทยาใช้เพื่อแจ้งให้ทราบถึงความพยายามในการอนุรักษ์ การจัดการ และการฟื้นฟู^{[ 5 ] [ 6 ]} โดยเฉพาะอย่างยิ่ง บรรพนิเวศวิทยาที่เน้นเรื่องไฟเป็นสาขาการศึกษาที่มีประโยชน์สำหรับผู้จัดการที่ดินที่ต้องการฟื้นฟูรูปแบบไฟของระบบนิเวศ^{[ 5 ]}

• นิเวศวิทยาเชิงประวัติศาสตร์  – การศึกษาเกี่ยวกับระบบนิเวศในช่วงเวลาต่างๆ
• ธรณีวิทยาภูมิอากาศโบราณ  – การศึกษาการเปลี่ยนแปลงของสภาพภูมิอากาศในสมัยโบราณ
• ภูมิศาสตร์บรรพกาล  – การศึกษาภูมิศาสตร์กายภาพของภูมิทัศน์ในอดีต
• ธรณีวิทยาทะเลสาบ  โบราณ – การศึกษาทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับทะเลสาบและลำธารโบราณ
• พาลินวิทยา  – การศึกษาละอองเรณูและสารอินทรีย์ขนาดเล็กอื่นๆ ที่ทนต่อกรด
• ภูมิศาสตร์โบราณ, ภูมิอากาศวิทยาโบราณ, นิเวศวิทยาโบราณ (วารสารวิชาการที่ผ่านการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิ)