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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(lái)源：儀器網(wǎng)關(guān)鍵詞：疫情防控閱讀量：4498

　　【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(jìng)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(wú)法適應(yīng)的物種就此消失在地球舞臺(tái)上?？v貫生命演化的進(jìn)程，物種的興盛衰亡無(wú)不伴隨著環(huán)境巨變。

　　太古宙末期藍(lán)帶來(lái)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(wàn)年的大雨帶來(lái)了恐龍的時(shí)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(gè)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(dāng)時(shí)的氣候環(huán)境呢？

　　溫度表、氣壓表等測(cè)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(zhǔn)確描述幾百年來(lái)溫度的詳細(xì)變化。而在連文獻(xiàn)都沒有的年代，地球的氣候變化依然被忠實(shí)地記錄下來(lái)，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(rùn)的氣候條件下，土壤會(huì)因?yàn)樘妓猁}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(cè)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(píng)估那個(gè)時(shí)候的氣候條件，例如通過計(jì)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(cè)定法，其中較為常用的是氧同位素測(cè)定。

　　氧同位素可以作為古溫度的替代性指標(biāo)，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(dāng)氣候寒冷時(shí)，海水中的O18含量會(huì)升高，而O16則會(huì)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(cè)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(cè)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(cè)定，當(dāng)然不能不提質(zhì)譜儀。作為同位素檢測(cè)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(cè)中，同位素質(zhì)譜儀與有機(jī)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(jī)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(gè)相互聯(lián)系的整體，氣候的變化反映在環(huán)境的各個(gè)方面。生物、土壤、巖石……它們忠實(shí)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(dāng)技術(shù)不斷發(fā)展，儀器不斷進(jìn)步，我們也就能讀到更多更準(zhǔn)確的記錄。

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