В 1960–1970-х годах исследователи с высокой степенью точности установили сроки ледниковых периодов, используя колонки глубоководных отложений – образцы в форме стрежней, полученные при бурении морского дна. Колонки содержат раковинные одноклеточные организмы – фораминиферы, а в состав карбоната кальция в их раковинах входят различные изотопы кислорода. В данном случае важны два изотопа – 16O, более легкий, «нормальный», и 18O, более тяжелый. Оба изотопа имеются в океанской воде, но в испаряющейся воде больше легкого изотопа. Это значит, что в атмосферных осадках, дожде, граде, снеге или дожде со снегом, также содержится большее количество легкого изотопа 16O, чем в морской воде. И именно та вода, которая падает на землю или ледники, образует огромные ледяные щиты во время ледникового периода. То есть тяжелый изотоп 18O остается в морской воде, а большая его часть во время ледникового периода встраивается в микроскопические раковины [7]. Таким образом, глубоководные отложения, возраст которых можно определить, используя метод урановых серий и установив, как именно изменялся магнитный полюс Земли в прошлом, хранят удивительную информацию о климате древних эпох и ледниковых периодов.
Сведения о климате можно получить и из соотношения изотопов кислорода, содержащихся в воде, которая сформировала в известковых пещерах сталагмиты, сталактиты, натечные камни или, на профессиональном языке, «спелеотемы», «пещерные отложения» (от др. – греч. σπήλαιον – «пещера» и θέμα – «отложения». – Ред.). В каждый момент времени соотношение тяжелых и легких изотопов в воде зависит от глобальных температур, от количества воды, превратившейся в лед, а также от локальной температуры воздуха и объема осадков. Образцы глубоководных отложений полезны для изучения мирового климата, а спелеотемы помогают исследовать климатические изменения в отдельно взятом месте. Другой индикатор древнего климата – пыльца. Проанализировав образцы почвы, содержащие пыльцу, можно определить, какие растения произрастали в конкретной области.
Плейстоцен – период повторявшихся оледенений, который закончился с последним ледниковым периодом. Поскольку ледяные щиты то увеличивались, то сокращались, уровень моря то понижался, то повышался. Разница в объеме воды, запертой в лед, доходила до 60 млн км3, и колебания уровня моря достигали 140 м [7]. Изотопы кислорода, заключенные в глубоких придонных отложениях и спелеотемах, используют для построения последовательности сменяющих друг друга теплых и холодных периодов палеоклимата Земли, называемой «изотопно-кислородными стадиями» (ИК-стадиями или OIS). Только за последние 200 тыс. лет было три холодных (OIS 2, 4 и 6) и четыре более теплых периода (OIS 1, 3, 5 и 7). Но плейстоцен – это один длинный холодный ледниковый период, межледниковье занимало лишь менее 10 % времени [7].
Согласно изотопно-кислородной шкале, в данный момент мы наслаждаемся теплым межледниковьем OIS 1. Последний период оледенения OIS 2 продолжался на отрезке