По данным Алессандро Заназзи и других американских исследователей (Alessandro Zanazzi, Matthew J. Kohn, Bruce J. MacFadden, Dennis O. Terry) на рубеже эоценовой и олигоценовой эпох резко увеличилось соотношение изотопов O>18 и O>16 в костях увеличился и разброс соотношений изотопов O>18 и O>16 в ископаемых костях млекопитающих, проживавших на территории нынешних штатов Вайоминг, Южная Дакота и Небраска, что скорее всего стало следствием увеличения сезонных температурных колебаний. Ученые рассчитали, что обнаруженные изменения соответствуют снижению среднегодовых температур примерно на 8 °C (c 21 °C до 13 °C), причем столь резкое похолодание произошло очень быстро — не более чем за 400 тысяч лет.
По мнению упомянутых исследователей, похолодание на суше происходило более медленными темпами и «отстало» от «морского» на несколько сотен тысячелетий, хотя и было значительнее. Период наиболее быстрого похолодания завершился примерно 33,5 миллиона лет назад и, по-видимому, сменился кратковременным периодом потепления, сопровождавшегося существенным подъемом уровня моря; однако данные на этот счет разрозненны и противоречивы. На Североамериканском континенте похолодание привело к вымиранию многих видов холоднокровных позвоночных — амфибий и рептилий — и в меньшей степени повлияло на млекопитающих.
Катастрофы и изменение климата в миоцене
Начавшееся на рубеже эоценовой и олигоценовой эпох общее глобальное похолодание продолжалось почти до конца плиоценовой эпохи неогенового периода (2 миллиона лет назад), после чего оно сменилось периодическими колебаниями температуры, приводившими к смене ледниковых и межледниковых эпох. Иногда это время продолжительного падения температуры называют Кайнозойской ледниковой эпохой.
В олигоцене и неогене (34—2 миллиона лет назад) происходило смещение умеренно-теплых, субтропических и тропических зон с севера на юг в Северном полушарии и с юга на север в Южном полушарии и увеличение разницы сезонных и суточных температур. Климат на Земле становился все более холодным и засушливым, а климатическая зональность в конце неогена стала близка современной.
Среднегодовые температуры в умеренных широтах только в олигоцене (34–24 миллиона лет назад) понизились примерно на 10ºС и в конце периода составили 9—12ºС. В неогене они упали почти еще на столько же, и в конце плиоцена (2 миллиона лет назад) достигли уровня, близкого к современным значениям — 2–4ºС. Среднегодовые температуры воздуха в приполярных районах в позднем олигоцене составляли всего около 5ºС, а в конце плиоцена там уже отмечались их устойчивые отрицательные значения.