歷史地質學/骨骼氣候學
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在本文中，我們將探討海洋生物貝殼的成分如何受氣候影響，以及我們如何透過對其貝殼進行化學和同位素分析來獲得有關過去氣候的線索。這種方法集合被稱為骨骼氣候學。
水中穩定氧同位素16O 和18O 的比率可以證明隨溫度變化，16O/18O 比例越高，溫度越低。
形成貝殼的海洋生物在形成其碳酸鈣貝殼時會利用海水中的氧氣，由於兩種氧的同位素在化學上是相同的，因此不會優先選擇特定的同位素，因此貝殼中的氧氣比率反映了海水中的氧氣比率。
這意味著，當然，如果我們觀察地質記錄中的貝殼（有孔蟲的測試是首選），如果貝殼中的碳酸鈣沒有被其他礦物取代，如果我們可以對貝殼進行年代測定，那麼我們就可以找到貝殼沉積時海水當時的溫度和地點：這種替代指標被稱為δ18O。更重要的是，由於可以區分浮游和底棲物種的化石，因此我們獲得了每個地點的兩個資料：表面溫度和海底溫度。
鎂（Mg）和鍶（Sr）元素位於元素週期表中與鈣（Ca）相同的列，因此具有相似的化學性質。這意味著鎂和鍶可以替代碳酸鈣（CaCO3）中的鈣。由於這些元素在較高溫度下更容易替代鈣，因此鎂和鍶替代鈣的比例可以用作溫度替代指標.
顯然，為了使這種方法有效，貝殼的礦物成分在石化過程中不能發生改變。雖然這可能會讓我們在獲取合適的材料方面遇到困難，但通常不會導致我們得出錯誤的結果；畢竟，如果貝殼經歷了礦物置換，不再由碳酸鈣組成，那麼地質學家不會輕易忽略這一點。
干擾氧同位素方法的一點是，矛盾的是，實際的冰川作用對全球海洋氧同位素比率的影響與低溫對區域性同位素比率的影響相反。這是因為當地球的冰川作用增加時，從海洋中蒸發的水被鎖定在冰蓋中；現在16O 比18O 輕，因此更容易蒸發，因此冰川作用增加的結果是16O/18O 比例下降。為了理解資料，需要參考其他資料來解開這些區域性和全球影響。
在 Mg/Ca 和 Sr/Ca 方法中，海水的區域性礦物成分可以作為混雜因素：例如，如果某個地點的海水由於某種原因特別富含鎂，那麼這也會增加 Mg/Ca 比例。
我們可以從已知溫度的地點採集形成貝殼的生物樣本，並測量它們的同位素和化學比率，看看它們與溫度的關係。也可以在人工控制溫度的容器中養殖貝類，看看會發生什麼。
自從生物開始形成碳酸鈣貝殼以來，貝殼形成的生物化學不太可能發生重大變化；水蒸發物理過程幾乎不可能發生任何變化。可以合理地得出結論，我們可以將過去的資料作為替代指標來了解過去溫度。
最後，我們可以注意到，從貝殼和其他古氣候替代指標中獲得的古氣候資料之間存在良好的相關性，即使不是完全相同。