Lorsque l'eau passe de l'état liquide à l'état gazeux, elle s'enrichit en ¹⁶O qui s'évapore plus facilement que l'¹⁸O, plus lourd. En simplifiant, l'eau des océans s'évapore principalement au niveau des tropiques pour se condenser au niveau des pôles et entre temps des phénomènes de condensation et d'évaporation se succèdent au niveau des nuages (sorte "de distillation"). La conséquence est une gradation dans la composition isotopique de l'eau des précipitations entre l'équateur et les pôles. Pour mesurer l'évolution du rapport entre isotopes d'un endroit à l'autre, on utilise le δ¹⁸O (voir aussi p.110 du manuel en bas à gauche) :
où SMOW désigne la composition moyenne de l’océan (Standard Mean Ocean Water), qui vaut :

Deux phénomènes vont amplifier la différence entre composition des glaces polaires et composition des océans lorsque le climat global de la Terre se modifie.

• le premier : la "distillation" est d'autant plus marquée qu'il fait plus froid.
• Lorsque des continents sont présents dans les zones polaires (comme actuellement le Groenland et l'Antarctique), l'eau des précipitations ne retourne pas à l'océan mais reste stockée sous forme de glace. Hors l'eau polaire (glace) est appauvrie en ¹⁸O par rapport à l'océan. Le deuxième phénomène amplificateur peut donc s'écrire : plus il fait froid et plus le volume des glaces polaires "pauvres" en ¹⁸O augmente et plus celui des océans "riches" en ¹⁸O diminue (cf doc.1 p.112).

Cependant le volume des glaces polaires ne représentant que 2% du volume des océans au plus fort des périodes glaciaires, l'accentuation de la distillation reste l'explication principale.


Attention : le document p.112 du manuel est faux (et contradictoire avec le doc.3 de la page qui précède) : le δ¹⁸O des glaces polaires n'est pas constant !

Lorsque les Foraminifères (ou d'autres organismes marins) élaborent une coquille carbonatée (CaCO₃), le rapport isotopique de l'oxygène incorporée dans les carbonates dépend de la température de l'eau et du rapport isotopique de l'eau de mer. En ne s'intéressant qu'aux espèces de grande profondeur, vivant là où la température de l'eau reste constamment basse (environ 4°C), la première variable est éliminée, et le δ¹⁸O des coquilles varie comme celui de l'eau de mer : les coquilles "enregistrent" le rapport isotopique de l'eau de mer. Il est donc possible de déduire du δ¹⁸O des carbonates (coquilles) la température moyenne du globe lors de la fabrication et du dépôt des coquilles.


Le fichier odp677 donne les résultats d'un sondage dans les sédiments carbonatés de l'Atlantique, mis en corrélation avec l'évolution de la température fournie par le sondage Vostok en Antarctique.

Le fichier epica_domec donne l'évolution de la température globale sous le dome C, en Antarctique (forage EPICA); les données sont tirées du δD (deutérium ou ²H) des glaces , mais l'interprétation est analogue à celle du δ¹⁸O des glaces (le δD des glaces polaires est proportionnel à la température).