『北京日报客户端』竟藏着这么多古代天气秘密，夜读｜砗磲化石里( 二 )
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活体砗磲 。
砗磲为何有潜力成为古天气研究载体？
晏宏介绍说 ， 砗磲是全球最大的双壳类贝壳 ， 自始新世（距今约5000万年）以来便一直是热带太平洋-印度洋珊瑚礁中的重要组成部分 。 砗磲寿命能达到甚至超过100年 ， 其碳酸盐壳体生长速度非常快 ， 几十年就能长到1米以上 。 砗磲壳体通常具有年生长纹层甚至日生长纹层 ， 是一种非常理想的高分辨率全球变化历史研究载体 。
大家知道 ， 我们常见的小贝壳通常是开口向下 ， 可以通过肌肉移动 。 但砗磲一般都是开口向上固定在珊瑚礁盘上 ， 一辈子都不会移动 。 这个固定不动的特征对于我们做古气候、古天气研究非常重要 。 如果砗磲不停地移动 ， 那么所记录的气候环境信息就会随位置的改变而受到干扰 。 好在砗磲一辈子不移动 ， 就像一个海洋气象站一样 ， 在同一个位置不停地记录周边的海洋、天气、气候信息 。 简直就是天生的“地质气象站” 。
砗磲表面的外套膜上面 ， 有很多虫黄藻 ， 虫黄藻光合作用能直接给砗磲提供能量 ， 因此砗磲实际上是靠光合作用生活的 ， 除了幼年期吃几个虫黄藻外 ， 一辈子几乎不吃东西 。 砗磲靠光合作用生活的特性 ， 对于我们用砗磲做古天气重建也非常重要 ， 天气一变化 ， 虫黄藻光合作用效率就会变化 ， 砗磲生长速率等生物地球化学特征就会变化 。 因此通过测试化石砗磲的生长速率变化 ， 就有可能提取出古代气候和天气变化的信息 。
砗磲寿命最长能到100年 ， 大部分在50年左右 。 也就是说 ， 单个的砗磲可以提供50-100年的气候或天气记录 。 虽然不长 ， 但是我们有很多个化石砗磲 ， 有的生活在几十年前 ， 有的在几百年前 ， 有的在几千年甚至几万年前 ， 很多个化石砗磲一起 ， 就能提供很多过去的气候和天气变化信息 。
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一个化石砗磲截面 ， 年纹层数量显示这个砗磲寿命大约60年 。
首先我们来看看砗磲的年纹层 。 在一个采自南海西沙的砗磲截面上 ， 我们可以清晰地看到纹层 ， 这个纹层就是砗磲的年纹层 ， 因为冬夏的生长速率不同 ， 碳酸盐呈现出不同的光学特征 。 每个年纹层的宽度不一 ， 大约1-20毫米 ， 幼年期的时候长得快点 ， 老了长得慢点 。 但是它不会像人一样年纪大了就不长高 ， 它只是长得慢点 ， 但仍然会长 。
利用地球环境研究所自行开发的微钻设备 ， 可以从每个砗磲年纹层中取到超过12个样品 ， 获得月分辨率的样品 。 对这些样品进行测试 ， 我们就可以获得月分辨率的氧同位素、元素比值等记录 。 这些数据主要受温度控制 ， 它们与温度之间有定量关系 ， 可以建立转换方程 ， 从而计算当时的温度 。
这就是利用砗磲进行古气候研究的基本原理 。 通常我们采集一个化石砗磲后 ， 会用放射性碳测年方法测定它大致生活在什么年代 ， 然后在每个年纹层中取超过12个样品 ， 再测试样品的氧同位素和元素比值 ， 然后利用转换方程 ， 计算当时的温度 ， 并讨论相应的气候系统变化 。
到这里为止 ， 我们利用砗磲所做的仍然是古气候研究 ， 分辨率为月 ， 仍然无法深入到日-小时尺度的天气变化 。
接下来的重点是 ， 之前我们观测砗磲年纹层用的都是肉眼看 ， 后来我们升级了 ， 采用了生物学研究上常用的激光共聚焦显微镜 ， 在显微镜下我们看到了清晰连续的日生长纹层 。 日纹层宽度为10-60微米 。 也就是说 ， 砗磲实际上每天在长一小层 ， 只是我们肉眼看不到 ， 但显微镜能看到 。
这个日纹层很重要 ， 因为它可以用来建立日分辨率的年代学框架 ， 这也是我们进行日分辨率古天气研究的基础 。
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