譚梅

現(xiàn)代人類感知身邊的溫度可以通過多種方法，但如果想知道數(shù)萬年甚至數(shù)百萬年前是什么氣候，又該怎么辦呢？其實(shí)，地球也有自己的溫度記錄，要想獲取這些遠(yuǎn)古的紀(jì)錄，就需要借助廣泛存在于巖石之中的寶貝——化石。

生物化石群揭示地球演變的奧秘

化石指保存在巖層中的古生物遺體、遺物或遺跡等。用于測(cè)量地球古時(shí)候溫度的一般都是采用生物遺體化石。化石一般出現(xiàn)在沉積巖中，包括泥巖、砂巖和灰?guī)r等，沉積巖是各種沉積物緩慢沉積而成，數(shù)米厚的沉積巖形成時(shí)間可達(dá)數(shù)百萬年?？茖W(xué)家為了了解地球上某一時(shí)期的氣候特征，最直接的方法就是研究這一時(shí)期巖層中的化石。

利用化石來反推地球古時(shí)候的溫度，可以從宏觀與微觀層面上來進(jìn)行。溫度是決定生物生存、繁殖和分布的最重要因素，它控制著生物的分異度和分區(qū)：生物的種類越多分異度越高，表示該地區(qū)的溫度相對(duì)越高；生物的種類少分異度低，則表示該地區(qū)的溫度相對(duì)越低。以平均溫度為指標(biāo)，可以將全球生物分為熱帶生物、溫帶生物、寒帶生物，例如南北極的生物種類相較于熱帶生物的種類明顯減少。你腦海中是不是浮現(xiàn)了北極熊孤單的身影？

特定的生物都有其特定的生活環(huán)境，例如劍齒虎—大熊貓動(dòng)物群生活在熱帶、亞熱帶的氣候環(huán)境中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)這些化石時(shí)，表明這一地區(qū)當(dāng)時(shí)處于溫暖環(huán)境；造礁珊瑚只分布在溫暖、清澈、正常鹽度的淺海環(huán)境，如果在地層中發(fā)現(xiàn)了這些化石群，就可以用來推斷這種特殊的環(huán)境溫度條件。古生物化石群落就像歷史留下的線索，古生物學(xué)家通過它們不僅可以復(fù)原史前地表環(huán)境，還可以揭示生物進(jìn)化的過程，探知地球演變的奧秘。

現(xiàn)實(shí)中，化石群在整個(gè)地層中極少能完整保存下來，越大的動(dòng)物就越難形成完整的化石，現(xiàn)在人們找到的多是一些化石的碎片，很多時(shí)候都不能分辨這些碎片屬于什么動(dòng)物（比如趙徹同學(xué)研究的化石）。這時(shí)候，就需要從微觀層面上對(duì)化石進(jìn)行研究了。有科學(xué)家提出，可以利用牙形刺來研究古氣溫。

微觀層面——牙形刺

牙形刺是已滅絕的牙形動(dòng)物的骨骼，廣泛分布在淺海陸架至深水盆地環(huán)境中。它體形很小，一般在1 毫米左右，最大也不超過1 厘米，微小的形體保證了它能很好地保存下來。

牙形刺主要由磷灰石有序排列而成，結(jié)構(gòu)致密，能夠較好抵抗后期成巖作用改造，化學(xué)穩(wěn)定性好。這種生物利用當(dāng)時(shí)的海水進(jìn)行磷酸鹽礦化生成磷灰石，保留著這一時(shí)期海水的重要信息，這些信息就包括海水的溫度信息。

最重要的一點(diǎn)是，磷酸鹽中的穩(wěn)定氧同位素18O 對(duì)環(huán)境水體溫度變化比較敏感，牙形刺又極好地記錄和保存了原始海水穩(wěn)定氧同位素信號(hào)?？茖W(xué)家們通過對(duì)腕足動(dòng)物化石中的硬殼進(jìn)行穩(wěn)定氧同位素測(cè)定，就能探知溫度高低。

穩(wěn)定氧同位素18O 也因此成為重建古海水溫度的關(guān)鍵指標(biāo)。知曉古海水溫度變化之后，就能大概知道當(dāng)時(shí)地球的氣候。

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遺體化石多為古生物的硬質(zhì)部分，如骨骼、牙齒等；遺物多為古生物遺留下來的，如恐龍蛋或糞便等；遺跡則是古生物在活動(dòng)過程中產(chǎn)生的痕跡，如恐龍腳印、貝類等生物爬行的痕跡等。

更多化石……

科研工作者對(duì)有孔蟲、珊瑚、雙殼等生物化石殼體進(jìn)行氧同位素測(cè)量、微量元素測(cè)量、微體結(jié)構(gòu)研究以及陰極發(fā)光等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過這些生物殼體中Mg/Ca 比值同樣可以系統(tǒng)地了解全球氣候變化規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制。研究人員還總結(jié)出利用腕足動(dòng)物殼體Mg/Ca 比值計(jì)算的溫度與古地理學(xué)證據(jù)顯示的溫度更為接近，因?yàn)樯餁んw生長(zhǎng)時(shí)，從海水中吸收Ca、Mg 等元素形成碳酸鹽殼體，而海水中的Mg/Ca 比值基本上處于一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)，值的大小主要受海水溫度控制，所以利用它同樣可以反演生物殼體生長(zhǎng)時(shí)期的真實(shí)古海水溫度變化。