Tester les rapports isotopiques du carbone d’anciennes strates ou de fossiles peut être utile pour accéder aux conditions climatiques et à la productivité biologique au moment où elles ont été définies. L’utilisation de l’isotope du carbone de cette manière est basée sur le principe que les organismes photosynthétiques, tels que les algues, absorbent préférentiellement le carbone 12 plus léger et plus commun tout en laissant derrière eux le carbone 13 plus lourd. Lors d’une extinction de masse, il y a moins d’absorption préférentielle de carbone-12, et cela se reflète dans les sédiments.
L’analyse des rapports isotopiques du carbone est courante pour accéder à l’impact des extinctions de masse, bien que la relation exacte entre les rapports isotopiques du carbone et la productivité ne soit pas complètement comprise. L’analyse de ces isotopes semble suggérer que la vie a subi cinq grandes extinctions au cours des derniers demi-milliards d’années, bien que trois d’entre elles aient été notablement plus importantes que les deux autres. Toutes ces extinctions massives ont été corroborées par des diminutions abruptes de la biodiversité dans les archives fossiles. Les variations des isotopes du carbone au cours du temps sont appelées respectivement incursions et excursions.
Outre l’accès aux extinctions de masse, les rapports isotopiques du carbone sont également utilisés pour estimer l’origine de la vie. Récemment, des preuves d’isotopes de carbone ont indiqué une origine extrêmement précoce des cyanobactéries photosynthétiques, les premiers organismes vivants connus, il y a 4.3 milliards d’années, à peine 100 millions d’années après la liquéfaction initiale de l’eau et environ 267 millions d’années après la formation de la Terre elle-même. Si c’est vrai, cela est fascinant, car les premières estimations de l’origine de la vie l’ont placé beaucoup plus tard, il y a environ 3.6 milliards d’années. Si la vie s’est formée si tôt après la formation initiale de la Terre, alors pourquoi semble-t-elle si rare dans le cosmos en général ? Peut-être que la plupart de la vie dans l’univers se compose uniquement de microbes, mais si c’est le cas, il peut sembler inhabituel qu’aucun de ces microbes n’ait encore évolué en des êtres intelligents qui nous ont rendu visite.
Les rapports isotopiques du carbone peuvent également être utilisés pour connaître le degré de circulation dans les océans il y a des millions d’années. Lorsque la circulation est faible, le biomatériau riche en carbone 12 coule au fond de la mer et y reste. Cela rend les organismes suivants au sommet comparativement riches en carbone-13. Lorsque la circulation est bonne, le carbone-12 du bas est remonté vers le haut et les organismes ont un rapport normal de carbone-12 à carbone-13.