深海岩芯里挑出的有孔虫壳只有半毫米宽。把它送进质谱仪，读出两个比值：氧十八与氧十六之比，碳十三与碳十二之比。两个数字，牵出的是几十万年前的海洋温度与冰盖规模。
生物把环境写进壳里，分馏是有规律的
有孔虫分泌方解石时，氧与碳的同位素按水温、水体组成分馏。低温下氧十八更容易进入晶格，温度每降 1 ℃，壳的氧同位素值约升高 0.22‰。这个系数就是氧同位素温度计的底座。
但温度不是唯一变量。海水本身的氧同位素会变，冰盖大小会变，生物生理过程还会插一手。一枚壳体记录的是三者叠加，不是单一温度，这是读曲线时最先要拆开的东西。
冰盖把轻氧锁在陆地上，海水整体变重
蒸发时水汽偏向带走氧十六，这些水汽落到高纬结成冰盖后长期不回海洋。冰期越盛，剩下海水越富氧十八，沉淀出的壳值随之升高，全球海平面同时下降。
末次盛冰期海水氧十八比现代高约 1‰，海平面相应低一百二十余米。也就是说，一条底栖有孔虫曲线里，大半信息是冰量，温度只占次要位置。它被当作冰期旋回的标准曲线，原因正在这里。
碳同位素记的是碳循环，不是温度
碳十三的分馏主要发生在光合作用与有机质埋藏环节。有机质偏好轻碳，埋得多，海水就富碳十三；埋得少或大量轻碳被释放，海水碳十三就下降，与温度基本无关。
古新世-始新世极热事件期间，碳同位素负漂 2‰–3‰，是全球碳库被快速注入轻碳的证据；始新世-渐新世界线附近，碳氧曲线同时阶跃，对应南极冰盖的建立。两条曲线合看，才分得清降温与碳循环突变。
冰芯把同样两个数字，连同古大气一起封住
极地冰芯的气泡里封着古大气，冰本身的氧十八与氘过量则记录温度。格陵兰冰芯的氧同位素曲线能与深海有孔虫曲线逐段对上，只是相位不同：一个记气温，一个记冰量加温度。
把曲线按轨道周期对齐，就得到轨道调谐的年代标尺。偏心率约 10 万年与 40.5 万年、地轴倾角约 4.1 万年、岁差约 2.3 万年，这些周期都能在曲线里找到。缺少放射性年龄的地方，天文周期就是钟。轨道调谐的前提是沉积速率稳定，速率一变，对齐就会错位。
关键数据
下列数值为常用换算系数与标志事件年龄，实际应用需按属种与水体校正。
- 温度每降 1 ℃，方解石氧十八约升高 0.22‰
- 末次盛冰期海水氧十八比现代高约 1‰
- 该差值对应海平面低 120–130 米
- 碳氧同位素以 VPDB 为标准，单位为‰
- 古新世-始新世极热事件碳同位素负漂 2‰–3‰
- 轨道偏心率周期约 10 万年与 40.5 万年
壳体一旦重结晶，曲线就只剩噪声
海底方解石在成岩流体中会重结晶，原来的同位素值被后来的水抹平。挑壳时看表面是否光滑、有无次生方解石充填，测锰锶比，或用阴极发光挑掉发亮的个体。
不同属种还有各自的生理偏差，浮游有孔虫尤其明显，同一水层不同种的差值可达一个千分号。本文判断：一条同位素曲线能不能用，先看它是否由单一属种、同一粒级、经过成岩筛查的壳体组成。
参考文献
- Emiliani C. Pleistocene temperatures. Journal of Geology, 1955. —— 氧同位素古温度的开创工作。
- Zachos J. et al. Trends, rhythms, and aberrations in global climate 65 Ma to present. Science, 2001.
- Lisiecki L. E., Raymo M. E. A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic δ18O records. Paleoceanography, 2005.