שינויי גובה פני הים
מאז תחילת שנות השבעים, הכלי העיקרי להבנת השינויים בנפחי הקרח העולמיים, בטמפרטורות ובגובה פני הים היה תיעוד האיזוטופים היציבים של חמצן המופק ממאובנים ימיים, אבן גיר במערות ליבות קרח. חמצן מתרחש באופן טבעי בשלושה איזוטופים: 16 O (99.763 אחוז), 17 O (0.0375 אחוז), ו- 18 O (0.1995 אחוז). חמצן נמצא בכל האורגניזמים והמינרלים הרבים, כולל הארגוניט והקלציט המרכיבים את קליפותיהם של מיקרו-מאובנים ימיים כמו פורמיניפרה. איזוטופי חמצן מועילים למחקרים גיאולוגיים מכיוון שקצב ספיגת האיזוטופים השונים על ידי אורגניזמים ימיים הוא תלוי טמפרטורה. כמו כן, ההרכב האיזוטופי של מי ים משתנה על ידי אידוי ומשקעים. לדוגמה, מכיוון שהוא כבד יותר,18 O פחות מתנדף; לפיכך, האדים יהפכו ל"קלים יותר ", יועשרו ב- 16 O, ואילו מי הים שנותרו יהפכו מעט" כבדים יותר ", כפי שהם מועשרים ב- 18 O. בתקופות קרחונים, קרח ה"קל" מורכב על היבשה בקרחונים ואילו 18 O מתרכז באוקיינוסים. כמו כן, בשלבי קרחונים פורמינייפרה יוצרים את הקליפות שלהם בשיווי משקל עם המים הסביבתיים, כך שיחס האיזוטופ של החמצן בפגזי foraminifera מייצג ישירות את הנפח העולמי של קרח קרחוני. אפשר לקרוא זאת בתור תיעוד של שינוי מפלס הים, מכיוון שהמים הנדרשים לייצור גליונות הקרח העיקריים מגיעים בסופו של דבר מהאוקיאנוס. עם זאת, יש לכייל את תיעוד האיזוטופ למידע עצמאי מקווי הים המתוארכים.
אוסטרליה: התקופה הרבעונית
האפוק הפליסטוקן תופס את מרבית התקופה הרבעונית, למעט 11,700 השנים האחרונות (כלומר, ההולוקן
מהתיעוד של שינויים בנפח הקרח באיזוטופי חמצן, מכויל לאתרים באיים אוקיאניים, עולה כי בשיא שלב הקרחונים האחרון לפני 18,000 שנה קלנדרית, מפלס הים היה כ -120 מטר (390 רגל) נמוך יותר מהיום. נחשפו המדפים היבשתיים של היום ובנקים מהחוץ, והיו כ 18 אחוז יותר אדמות ממה שיש כיום, ותפס שטח שווה לזה של אירופה ודרום אמריקה יחד. במהלך השפלה, במיוחד לתקופת השינוי המהיר שלפני 14,000-6,000 שנה, קלט מתמשך של מי נמס קרחוניים וקטניות מהירות מדי פעם גרמו להצפות של השפלה שכיום הן מדפי היבשת. עמקי נהרות הפכו לשפכים, כמו מפרץ צ'סאפק של צפון אמריקה, ריו דה לה פלאטה של דרום אמריקה, ושפך ג'ירונד של צרפת, בעוד שחלקם הוצפו להישאר כתעלות נמוכות על המדף היבשתי, כמו עמק המדף הדסון ליד העיר ניו יורק.
חלק מהמדפים היבשתיים יצרו גשרים יבשתיים בין עמי יבשה שהם כיום איים או יבשות נפרדות. החשוב מבין אלה הקשורים לאסיה וצפון אמריקה במה שהוא כיום מיצר ברינג. גשרים יבשתיים דומים בדרום מזרח אסיה קישרו או לפחות צמצמו את נתיבי המים בין אינדונזיה, גינאה החדשה ואוסטרליה. בריטניה הייתה רציפה עם אירופה היבשתית בה נמצא היום הערוץ האנגלי. גשרים יבשתיים כאלה אפשרו נדידת בעלי חיים וצמחים במהלך דרגות השפל, אך בקווי רוחב גבוהים ההשפעות של אקלים קר וסתימה ישירה על ידי קרחונים עשויים לשנות את יעילותם. תיאוריה ארוכת שנים היא שהגירת האדם לחצי הכדור המערבי התעכבה עד לפני 13,000 שנה, אז נוצר סידור חיובי של ברינגיה (גשר היבשה מעבר לים ברינג) ומסדרון נטול קרח דרך אלסקה. מחקרים עדכניים יותר מצביעים על כך שההגירה האנושית הראשונה לעולם החדש אולי הייתה מוקדמת יותר ובדרכים אחרות, כולל בסירה, אך ברינגיה הייתה ללא ספק הכביש המהיר עבור בעלי חיים וצמחים רבים מפליסטוקן שחצו בין אמריקה לאסיה.
הפאנל הממשלתי לשינויי אקלים חזה שינויים עתידיים בגובה פני הים. אלה מבוססים על מודלים ממוחשבים של התחממות כדור הארץ הנגרמת על ידי כמויות מוגברות של גזי חממה באטמוספירה של כדור הארץ. המודלים צופים כי מפלס הים יכול לעלות בין 30 ל- 100 ס"מ (12 עד 39 אינץ ') במאה הבאה, ולהפריע לרבים, אם לא לכל יישובי החוף. מדאיגה עוד יותר, חלק מהקרחונים הגדולים בעולם הם מבוססי ים, כלומר נטועים על יבשה מתחת לפני הים. שינוי מפלס הים והאקלים עלול לגרום לירידת הקרח המערבית באנטארקטיקה לעלות לים תוך מאות שנים. אם נמס (או צף), קרח מערב אנטארקטיקה יגרום לעלייה של מעל 6 מטר (20 רגל) של פני הים ברחבי העולם, ויציפו ערים מרכזיות כמו מיאמי, ניו אורלינס, לונדון, ונציה ושנגחאי. גיליון הקרח של גרינלנד מכיל בערך אותו נפח, ואילו גיליון הקרח המזרח אנטארקטי מכיל מספיק מים כדי להעלות את פני הים בערך 60 מטר. עם זאת, נראה כי יריעות הקרח של גרינלנד והן של מזרח אנטארקטיקה הן יציבות מטבען יותר מגיליון הקרח המערבי אנטארקטי.
Paleoclimate
התיעודים הטובים ביותר של שינויי אקלים במהלך הרבעון הם תיעודי איזוטופ חמצן שנלקחו מליבות ים עמוק וליבות קרח. (עיין בסעיף שינויים בגובה פני הים.) רשומות אלה מייצגות שינויים בנפח הקרח ובטמפרטורה והם משקפים תהליכים גלובליים כמו גם תנאים מקומיים. הם מספקים מדדים לעוצמת השינויים ותזמון המחזורים, שיכולים להיות קשורים אז לרצפי משקע בשולי היבשה והאוקיאנוס. ניתן לקבוע מחזורי לחות ויובש מרמות האגם, רשומות אבקה, אבק בתוך ליבות קרח ודוגמנות מחשב.
רישומי איזוטופ חמצן מצביעים על כך, כי במהלך רמות שיא הקרחוניות של הרבעון, פסגת גרינלנד הייתה יותר מ 20 מעלות צלזיוס בהווה. תחנת ווסטוק, אנטארקטיקה, אולי ירדה ב -15 ° C (27 ° F) מהטמפרטורה השנתית הממוצעת שלה כבר כ- 55 ° C. ההנחה שקיצוניות דומה התרחשה על סדיני הקרח העיקריים של פליסטוקן. מתיעוד מאובני האבקה והצמחים, שחזורים של סיום הקרחונים האחרון בצפון אירופה, סקנדינביה וצפון אמריקה מראים כי טמפרטורות יולי 10-15 מעלות צלזיוס נמצאות מתחת להווה, כמו גם טווחים דומים לשנתיים ממוצעת טמפרטורה. שחזורים מחדש של שינויים באזורים הטרופיים היו שנויים במחלוקת. מיקרו-מאובנים ימיים התפרשו כמצביעים על טמפרטורות רק 1-2 מעלות צלזיוס קרירות יותר מההווה, ואילו גרעין קרח מקרחון הר בהרי האנדים הטרופיים מרמז על קירור של 5–8 מעלות צלזיוס (9–14 ° ו). טווח אחרון זה הוא בהתאם ליחסי סטרונציום סידן באלמוגים מאובנים. טכניקות אחרונות לניתוח כימי של משקעים בים עמוק מצביעים על קירור של 2-3 מעלות צלזיוס על פני האוקיאנוס השקט הטרופי. נראה כי ההבדלים הללו קטנים, אך יש להם השלכות חשובות להבנת תהליכי האוקיאנוס והמחזור האטמוספרי.
