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儀器與地球歷史（二）氣候變化與地層史書

2020-02-10 13:33:34來源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：疫情防控閱讀量：4501

　　【儀器網(wǎng) 能源環(huán)境】生物的生存與演化與環(huán)境息息相關(guān)，物競天擇，適者生存，能夠適應(yīng)環(huán)境變化的物種得以存活并繼續(xù)繁衍，而無法適應(yīng)的物種就此消失在地球舞臺上?？v貫生命演化的進程，物種的興盛衰亡無不伴隨著環(huán)境巨變。

　　太古宙末期藍帶來的大氧化事件讓有氧呼吸成為生物的主流，卡尼期積洪事件連綿幾百萬年的大雨帶來了恐龍的時代也給海洋生物造成沉重的打擊，地球歷史上五次大滅絕事件的成因都包括氣候劇變。然而這也帶給我們一個問題，在那些人類都還沒有出現(xiàn)的年代，科學(xué)家是如何還原出當時的氣候環(huán)境呢？

　　溫度表、氣壓表等測量設(shè)備的出現(xiàn)開啟了人類精確記錄氣候變化的歷史，在氣候變暖的研究中，依靠這些數(shù)據(jù)我們才能準確描述幾百年來溫度的詳細變化。而在連文獻都沒有的年代，地球的氣候變化依然被忠實地記錄下來，只是這記錄者不是人類，而是地球自身。我們腳下的地層中不僅保存著古生物后的遺跡，也隱藏著地球環(huán)境所有的變遷。

　　以沉積地層的古土壤為例，在干旱、半干旱以及半濕潤的氣候條件下，土壤會因為碳酸鹽礦物的聚集形成鈣積層，鈣積層的厚度可以反映土壤形成過程中年降水量。土壤的形成與巖石的風(fēng)化作用有關(guān)，通過檢測古土壤樣品中主量元素與微量元素的含量，可以判斷土壤的形成過程從而評估那個時候的氣候條件，例如通過計算古土壤去鉀化學(xué)蝕變指數(shù)可以估算年均降水量。

　　在地層中還有很多古氣候留下的痕跡，樹木化石年輪、冰川的冰芯、珊瑚硨磲等海洋生物的外骨骼、海洋湖泊的沉積物等等。而要從這些地層的“史書”中解讀出古氣候的記錄，通常需要用到同位素測定法，其中較為常用的是氧同位素測定。

　　氧同位素可以作為古溫度的替代性指標，基本原理為：同位素具有分餾作用，在蒸發(fā)過程中，由O16組成的水分子比O18組成的水分子更容易蒸發(fā)，因此當氣候寒冷時，海水中的O18含量會升高，而O16則會被固定在冰蓋中。由此可以產(chǎn)生兩種判斷氣溫的方法：檢測海洋中有孔蟲鈣質(zhì)殼體中的O18與O16含量的比值(δO18)或者檢測冰川冰芯中兩者的比值。氣候越溫暖，冰芯中δO18的值越高，而有孔蟲鈣質(zhì)殼中的δO18越低。

　　講到同位素測定，當然不能不提質(zhì)譜儀。作為同位素檢測的常用儀器，穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀已經(jīng)成為追尋地球歷史不可缺少的工具。在環(huán)境同位素檢測中，同位素質(zhì)譜儀與有機元素分析儀、高溫裂解分析儀、碳酸鹽反應(yīng)裝置等外設(shè)裝機聯(lián)用可以分析各類地質(zhì)樣品的碳、氮、氫和氧同位素組成，為古環(huán)境研究提供數(shù)據(jù)支持。

　　自然環(huán)境是一個相互聯(lián)系的整體，氣候的變化反映在環(huán)境的各個方面。生物、土壤、巖石……它們忠實地記錄下地球上正在發(fā)生的一切改變，在地球誕生之初就已經(jīng)開始寫下恢弘的史書。想要了解地球的歷史嗎？那就去解讀這部史書吧，當技術(shù)不斷發(fā)展，儀器不斷進步，我們也就能讀到更多更準確的記錄。

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