Stades isotopiques de l'oxygène

Les stades isotopiques de l'oxygène (SIO, ou pour l'anglais « OIS » oxygen isotope stages, plus souvent désignés par « MIS » : Marine isotope stages), selon la chronologie isotopique, sont des épisodes climatiques définis à partir du rapport entre les isotopes de l'oxygène de masses atomiques 16 et 18 au sein de prélèvements dans les sédiments marins ou dans les calottes glaciaires. Ce rapport est lié à la température locale ainsi qu'au volume global de glace sur les continents. Au cours du Quaternaire, les variations cycliques de ce rapport traduisent des changements climatiques liés au forçage orbital du climat (voir théorie astronomique des paléoclimats). L'atome d'oxygène (O) a trois isotopes stables : O, O et O où 16, 17 et 18 représentent les nombres de masse. L'isotope le plus abondant est O (99,8 % environ), avec un faible pourcentage de O (environ 1 atome sur 500) et un pourcentage encore plus faible de O. L'utilisation la plus commune des isotopes de l'oxygène est basée sur le rapport entre les quantités de O et de O de la glace issue de carottages glaciaires ou de carbonates issus de forages sédimentaires. La composition isotopique d'un échantillon ('ech') est mesurée relativement à un standard ('std') de composition connue. On exprime classiquement cette composition comme une déviation relative à ce standard, par la notation géochimique delta : dans laquelle les rapports isotopiques sont en nombres d'atomes (abondance isotopique). Comme ce delta est petit (en général ±0,01 à ±0,001), on l'exprime en pour mille (plutôt qu'en pour cent). Par exemple une valeur −0,01 est notée −10 ‰. Le calcaire résulte de l’accumulation de calcite provenant des coquilles de microorganismes marins ou lacustres. La calcite, ou carbonate de calcium () se forme à partir des ions carbonates dissous dans l'eau ( et ). Comme ces ions sont en équilibre avec la forme hydratée ( + ), un équilibre isotopique est rapidement atteint entre l'oxygène de l'eau et celles des carbonates dissous.