Nivel del mar y glaciaciones en el Cuaternario (2,200,000 a.c 10,000 a.c):
Fondos marinos:
Otro elemento de análisis unido al taxonómico es el estudio de los isótopos del oxigeno. En el carbonato cálcico (CO3Ca) que forma el esqueleto de los foraminíferos se puede analizar la presencia de los isótopos del oxigeno, especialmente la del O16 y O18. El 016 es el más ligero y el que se evapora con más facilidad, con lo que durante las épocas de clima frío se detectará un enriquecimiento en O18 más pesado y que necesita más calor para evaporarse. De esta forma, los geólogos contaron con un termómetro geológico que permitió conocer con precisión las variaciones de la temperatura en los diferentes puntos del océano. Distintos investigadores, entre los que destacan C. Emiliani y N. J. Shackleton, establecieron, basándose en el estudio de los testigos procedentes de diferentes sondeos oceánicos, una seriación climática cuya extensión cronológica dependió de la longitud de los testigos.

El estudio del testigo V28-239 del Pacífico permitió a N. J. Shackleton establecer más de 30 oscilaciones, numerando del 1 al 23 las últimas, al no poder contrastar suficientemente el resto. De estos estadios isotópicos, los pares representan momentos fríos y los impares templados, asumiendo el 1 como el presente (con clima interglaciar). De esta forma se detectó la presencia de más de 10 periodos glaciares, lo que contrasta con los cinco o seis que se pueden detectar sobre la superficie del globo. Al considerarse una tasa de depósito constante, el espesor de los estadios es proporcional al tiempo transcurrido, con lo que se puede también establecer una cronología de los diferentes estadios. Así el estadio actual llegó hasta el 11.000 a.C., lo que coincide con el límite Pleistoceno Superior-Holoceno. Dentro de este mismo testigo se detectó la presencia de estadios fríos representantes de glaciaciones hasta los dos millones de años. Asimismo en otros testigos más antiguos se detectó la presencia de glaciaciones durante eras geológicas más antiguas, como en el límite Secundario-Terciario. También se pudo detectar un cierto carácter cíclico en los eventos, los que permitió obtener una pista sobre las propias causas de los cambios climáticos.

Cambios en el nivel del mar:
Los avances del hielo y la formación de los grandes casquetes polares se hizo a expensas del agua de los mares. Esto implicó un fuerte descenso del nivel de los mismos. Durante los períodos interglaciares el nivel del mar aumentó en relación al actual, y aparece representado por antiguas líneas de costa en lugares actualmente situados sobre el nivel del mar. Sin considerar las variaciones por la propia deformación de los continentes, se conoce una sucesión de niveles marinos entre + 40 y - 150 metros. En las zonas de rocas duras, especialmente calizas, se incluye la formación de acantilados, donde a veces se encuentran los restos de moluscos fósiles. En lugares más llanos se detecta la formación de playas y terrazas marinas. Éstos presentan la clásica secuencia que parte de materiales de fondo, a playas de arena o cantos, llegando hasta dunas cuando la región se encuentra emergida. Así, las antiguas terrazas marinas se encuentran a veces intercaladas con depósitos continentales, representando las características locales, bien de playas, de formaciones fluviales o de derrubios de ladera. En otros lugares los depósitos correspondientes se relacionan con la presencia de seres vivos; en las zonas tropicales los arrecifes de coral se encuentran escalonados, siguiendo los distintos niveles alcanzados por el mar. Las huellas de estos avances del nivel del mar o transgresiones, seguidos de otros retrocesos o regresiones, permite también tener un importante control de las alteraciones climáticas. La existencia de estas regresiones y transgresiones marinas tiene también implicaciones en la geografía de la Tierra. Durante los momentos en los que el mar se retira deja al descubierto aquellas zonas situadas por debajo del nivel del mar actual. Regiones como las islas Británicas se encontraban unidas al continente europeo, dejando al descubierto el canal de la Mancha. De la misma forma, el mar Adriático se encontraba descubierto, por el valle del Po, uniendo Italia y Dalmacia. Esto implica la existencia de relaciones culturales entre Francia e Inglaterra o de Italia con Europa central. En Asia, las islas de la actual Indonesia se encontraban formando un único país unido al continente asiático, lo que explica la presencia de los Homo erectus en Java. También Nueva Guinea y Australia se unieron, formando el Sahul. El descenso del nivel de los mares es de gran importancia para el poblamiento de América. Durante el último período glaciar Asia y América se unieron por el país de Beringia. Los grupos humanos siberianos, en sus desplazamientos estacionales, fueron poco a poco ocupando este país y entrando así progresivamente en América.

Valles fluviales:
Los valles fluviales presentan, vistos en sección, una serie de escalonamientos que los geomorfólogos denominan terrazas. Estas terrazas fluviales son el recuerdo de momentos en los que el río circulaba a niveles por encima del cauce actual. Su formación presenta varias explicaciones. La más habitual es la relacionada con la actividad glaciar. En las fases interglaciares el aumento de los niveles del mar implicó la reorganización del sistema fluvial. Durante estos períodos el río tiende a circular más lentamente y deposita materiales que forman las terrazas. Durante las fases glaciares, cuando desciende el nivel de los mares, los ríos tienden a circular más rápidamente y, por tanto, a encajonarse con la consiguiente erosión. La alternancia de ambos procesos produce así la formación de terrazas. En estas terrazas se presenta una estratigrafía en la que los tamaños de los materiales se encuentran escalonados desde más gruesos (cuando el río tiene más fuerza) a más finos (cuando la pierde). Así se puede seguir la historia energética del río, observando cómo la reorganización de la cuenca fluvial sigue procesos de pérdida y ganancia de energía. Sin embargo, la presión del peso de los casquetes de hielo produce el hundimiento de las masas continentales, mientras que su deshielo las libera del peso y permite que se levanten. Este proceso, conocido como movimientos eustáticos, complica la situación. Por otro lado, existe una tectónica propia de las diferentes regiones, mientras que el propio substrato es afectado de forma diferente por las condiciones climáticas. En la cuenca del Manzanares en Madrid, la presencia de yesos en el substrato altera la formación de las terrazas, al tener éstos una tendencia natural a hincharse, por lo que en la altura de las terrazas se deben tomar en cuenta todas estas variaciones. La altura relativa de las terrazas sobre el nivel del cauce está así en función de todos estos fenómenos, por lo que su estudio es más complejo de lo previsto por los primeros geólogos. Como forma de poder fijar la cronología de las terrazas se tiende en la actualidad, más que a la geomorfología, al estudio de la sedimentología y al de las faunas presentes. El estudio de las industrias líticas que se encuentran en ellas es un factor que a veces se ha tomado en consideración. Aunque pueden dar lugar a un razonamiento circular, se datan las industrias por su situación en las terrazas, y éstas se datan por las industrias presentes. En general, las más altas terrazas fluviales se corresponden con los glaciares del inicio del Pleistoceno Medio. En las terrazas medias se detecta uno o dos ciclos dentro del Mindel y de dos a cuatro en el Riss. En la última glaciación se detectan dos ciclos, uno correspondiente a la terraza baja y otro que se encuentra erosionado por los ríos actuales.

Causas de la glaciación:
El descubrimiento de los cambios glaciares planteó también problemas sobre las causas que los provocaron. Junto a hipótesis más o menos especulativas y anecdóticas, a principios de siglo se propuso una explicación basada en la mecánica celeste. El movimiento de la Tierra alrededor del Sol y el eje sobre el que gira en su ciclo diario no son fijos, sino que están sujetos a variaciones seculares. La consideración de estos ciclos sirvieron a Milankovitch para establecer unas curvas que permitían considerar la variación del calor aportado por el sol como causa de las glaciaciones. La temperatura de la tierra está en función del calor del Sol. En las latitudes altas, el Sol incide más oblicuamente que en las bajas, por lo que la cantidad de calor aportada es menor en los polos que en el ecuador. La variación de la órbita de la Tierra está caracterizada por tres parámetros: la excentricidad de la órbita, la variación de la inclinación del eje y la precisión de los equinoccios. La Tierra describe en el espacio una elipse donde el Sol ocupa uno de los focos. Esta elipse se deforma de dos maneras: por un lado, gira lentamente en relación con las estrellas fijas; de otra parte, su excentricidad -es decir, la situación de los focos de la elipse- varía desde casi coincidir con el centro de un círculo a separarse de ella, dando una forma que oscila entre casi una circunferencia a una elipse. Esta variación de la excentricidad tiene una periodicidad de 100.000 a.c años. La orientación del eje de la Tierra es fija a lo largo del año, dando lugar a las estaciones. Cuando el Polo Norte apunta al Sol, el hemisferio norte recibe más calor y sucede el verano boreal. Seis meses más tarde, es el Polo Sur el que se orienta hacia el sol, es el momento del invierno boreal y del verano austral. La inclinación del eje de la Tierra es de 23° 27', sin embargo, este valor varía más o menos 1°30' durante un período de 41,000 a.c años. Cuando la inclinación del eje de la Tierra es máxima, las zonas polares reciben también un máximo de insolación y calor, pues apuntan más directamente hacia el Sol. Esta situación conduce a veranos cálidos e inviernos rigurosos en latitudes altas y se corresponde con climas interglaciares, pues el calor de los veranos es más que suficiente para derretir la nieve caída en los inviernos. La situación contraria produce veranos poco cálidos que no son capaces de derretir la nieve del invierno, de forma que ésta se acumula año tras año, posibilitando la formación de casquetes glaciares polares y de montaña. La precesión de los equinoccios parte del hecho de que la Tierra no es totalmente esférica. La acción de las mareas provocadas por el Sol, la Luna y los demás planetas sobre el ecuador provoca un retraso en su velocidad de giro, razón también por la que la duración de los años no es siempre igual. En consecuencia, el momento en el que el Polo apunta hacia el Sol no se corresponde siempre al mismo punto de la órbita de la Tierra. La situación de los equinoccios y, por tanto, de las estaciones presenta un doble ciclo principal de 23,000 años y otro menor de 19,000. En la actualidad la Tierra está lejos del Sol el 21 de junio, y cerca el 21 de diciembre, por eso la tendencia es a inviernos poco rigurosos. La unión de estos tres efectos: mucha inclinación del eje, mayor distancia al Sol y que ésta sea en diciembre, produciría un mínimo de insolación y un máximo de frío, propiciando la extensión de los glaciares. La comprobación experimental de las propuestas de Milankovitch ha venido por su contraste con las curvas climáticas recogidas en los testigos de los sondeos de los fondos marinos. Así, hace 125,000 a.c años se detecta un período interglaciar tanto en curva de Milankovitch como en los fondos marinos que marcan el inicio del estadio isotópico 5. Estos análisis también permiten el reconocimiento de la existencia de eras glaciares con un ciclo de 65 millones de años, lo que explica la existencia de glaciaciones reconocidas geológicamente durante el paso Secundario-Terciario y de otras durante el Secundario. De la misma forma se calcula un ciclo de 125,000 a.c años máximo para cada época glaciar con periodos interestadiales menores. Estos ciclos menores se han detectado incluso en época histórica | artehistoria.com