Dünya’nın yaklaşık 4,5 milyar yıl önce oluştuğu tahmin ediliyor. Milyonlarca yıl önceki belirli bir zamanda Dünya’nın sıcaklığının ne olduğunu kesin olarak söylemek mümkün değil. Ancak bilim insanları buzullardan, deniz tabanındaki birikintilerden, fosillerden ve kayaçlardan elde edilen veriler sayesinde geçmişteki iklim koşulları hakkında bilgi sahibi olabiliyor.

Oksijen Dünya’daki sıcaklık değişimleri hakkında önemli bilgiler veriyor. Oksijen-16 ve oksijen-18 oksijenin doğal olarak bulunan izotoplarından ikisi. Deniz tabanında milyonlarca yılda yavaş yavaş biriken tortulardaki kabuklu deniz canlılarının kabukları kalsiyum karbonattan oluşuyor. Bu karbonatın kaynağı ise deniz suyundaki çözünmüş haldeki karbonat. Bu nedenle deniz suyunun sıcaklığındaki değişimler deniz tabanındaki birikintilerdeki oksijen-16 ve oksijen-18 izotoplarının oranını etkiliyor. Örneğin bu veriler dinozorların yaşadığı dönemde Kuzey Buz Denizi’nin sıcaklığının günümüze göre 10°C-15°C daha yüksek olduğunu gösteriyor.

Oksijen-18 izotopunu içeren ağır su oksijen-16 izotopunu içeren sudan daha zor buharlaşıyor. Aynı zamanda oksijen-18 izotopu içeren ağır su oksijen-16 izotopu içeren suya göre daha kolay yoğunlaşıyor. Bu bilgilerden yararlanılarak Dünya’nın ortalama sıcaklığı hakkında bilgi sahibi olmak mümkün. Örneğin Dünya’nın ortalama sıcaklığının yüksek olması durumunda havadaki su buharının içerdiği oksijen-18 miktarı sıcaklığın düşük olduğu koşullardakinden daha yüksektir. Dolayısıyla bu dönemlerde kutup bölgelerinde oluşan buzullardaki oksijen-18 miktarı fazladır. Buzullardaki oksijen-18 oranının az olması ise Dünya’nın ortalama sıcaklığının düşük olduğu anlamına gelir.

Deniz tabanındaki birikintilerdeki ve buzullardaki oksijen-16 ve oksijen-18 izotoplarının oranları incelenerek geçmişteki sıcaklık, yağış, buharlaşma dolayısıyla iklim değişimleri hakkında bilgi sahibi olmak mümkün oluyor.