Probar las proporciones de isótopos de carbono de estratos o fósiles antiguos puede ser útil para acceder a las condiciones climáticas y la productividad biológica en el momento en que se establecieron. El uso de isótopos de carbono de esta manera se basa en el principio de que los organismos fotosintéticos, como las algas, absorben preferentemente el carbono-12, más ligero y común, dejando atrás el carbono-13, más pesado. Durante una extinción masiva, hay una absorción menos preferencial de carbono-12, y esto se refleja en los sedimentos.
El análisis de las proporciones de isótopos de carbono es común para acceder al impacto de las extinciones masivas, aunque la relación exacta de las proporciones de isótopos de carbono con la productividad no se comprende completamente. El análisis de estos isótopos parece sugerir que la vida sufrió cinco grandes extinciones en los últimos XNUMX millones de años, aunque tres de ellas fueron notablemente más importantes que las otras dos. Todas estas extinciones masivas fueron corroboradas por una abrupta disminución de la biodiversidad en el registro fósil. Las variaciones en los isótopos de carbono a lo largo del tiempo se conocen como incursiones y excursiones, respectivamente.
Además de acceder a las extinciones masivas, las proporciones de isótopos de carbono también se utilizan para estimar el origen de la vida. Recientemente, la evidencia de isótopos de carbono señaló un origen extremadamente temprano de las cianobacterias fotosintéticas, los primeros organismos vivos conocidos, hasta hace 4.3 mil millones de años, solo 100 millones de años después de la licuefacción inicial del agua y aproximadamente 267 millones de años después de la formación del Tierra misma. Si es cierto, esto es fascinante, ya que estimaciones anteriores del origen de la vida lo ubicaron mucho más tarde, hace unos 3.6 millones de años. Si la vida se formó tan pronto después de la formación inicial de la Tierra, ¿por qué parece tan rara en el cosmos en general? Quizás la mayor parte de la vida en el universo consiste simplemente en microbios, pero si es así, puede parecer inusual que ninguno de estos microbios haya evolucionado hasta convertirse en seres inteligentes que nos hayan visitado.
Las proporciones de isótopos de carbono también se pueden utilizar para acceder al grado de circulación en los océanos de hace millones de años. Cuando la circulación es baja, el biomaterial rico en Carbono-12 se hunde en el fondo del mar y permanece allí. Esto hace que los organismos posteriores en la parte superior sean comparativamente ricos en Carbono-13. Cuando la circulación es buena, el Carbono-12 de la parte inferior vuelve a la parte superior y los organismos tienen una proporción normal de Carbono-12 a Carbono-13.