『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( 三 )
如果砗磲有清晰连续的日纹层 ， 那么我们就可以把砗磲寿命中所经历过的时间一天一天地分开 。 然后至少可以根据每天的生长宽度建立砗磲日分辨率的生长速率变化 。 前面我们也提到 ， 砗磲生长靠光合作用 ， 会受到天气变化影响 。 因此日生长速率的快慢就有可能反映当时的天气变化 。
有了准确的日分辨率年代学框架 ， 我们还可以进一步在每个日纹层中做文章 ， 把分辨率进一步提高 。 比如用纳米二次离子质谱测试日纹层中的元素分布 。
刚才我们提到砗磲每个日纹层宽度在10-60微米 ， 而纳米二次离子质谱的测试分辨率可达1微米甚至更高 ， 理论上可在每个日纹层中获得10-60个连续元素数据（数据分辨率0.4-2.4小时） ， 可建立小时分辨率的地球化学序列 。
有了日分辨率的生长速率和小时分辨率的地球化学记录 ， 我们就可以开展日-小时分辨率的古天气研究了 。 比如我们发现 ， 砗磲日-小时分辨率生长速率和元素比值记录中的脉冲式突变 ， 几乎都与南海北部的极端天气事件有关 ， 如夏季的台风和冬季的寒潮 。 比如 ， 在台风袭击南海北部的时候 ， 砗磲日生长速率会因为天气状况的变差而降低；同时台风带来的强风搅动可以导致海洋表层Fe、Ba等营养盐的升高和表层生产力的增加 ， 并在砗磲地球化学参数中得到记录 。
这些信息表明 ， 砗磲的日生长纹层 ， 有潜力用于研究过去发生的台风、寒潮等极端天气事件 。 也就是说 ， 每年有多少次台风 ， 多少次暴雨 ， 冬天有多少次寒潮等等 ， 这些信息都可以在砗磲化石中读得到 。
比如 ， 我们获得了一个化石砗磲 ， 利用碳测年方法得到这个砗磲存活在大约2000年前 ， 也就是我国的汉朝时期 。 然后通过肉眼数年纹层 ， 我们知道了这个砗磲寿命是60年 ， 那么我们就可以建立连续60年的相对年代学框架 。 我们可以通过测试月分辨率的氧同位素、元素比值来计算当时的平均气候状态 ， 假如计算结果显示那时候的温度比现在高1.2℃ ， 那么就可以推断我国汉朝的时候 ， 距今2000年左右 ， 南海的温度比现在高1.2℃ ， 是一个典型的温暖期 。 进一步利用激光共聚焦显微镜和纳米二次离子质谱 ， 我们可以获得这60年中 ， 日-小时分辨率的生物地球化学记录 。 随后我们就可以对当时的天气状况进行分析 ， 比如每年有多少次台风 ， 多少次暴雨 ， 冬天有多少次寒潮等等 。
砗磲独有的日纹层
正如前面所说 ， 砗磲有潜力记录古天气信息 ， 关键在于它有日纹层 。 那么问题来了 ， 其他地质生物载体有没有日纹层？比如树轮和珊瑚 。
答案是 ， 科学家们也做过不少尝试 ， 暂时没发现还有哪种载体有清晰连续的日纹层 。
比如树轮 。 显微学分析显示 ， 树木基本上是一个季节生长一些细胞层 ， 但不是每天 ， 无法获得日纹层 。 而且树木通常在冬天会停止生长或生长缓慢 ， 也无法提供连续的记录 。
再比如珊瑚 ， 我们对南海珊瑚样品也进行了显微学分析 ， 没有发现日纹层 。 理论上讲 ， 砗磲是单个生命体 ， 每天分泌钙质流体 ， 长一层是合理的 。 而珊瑚则是珊瑚虫分泌的石灰质骨骼聚结而成的 ， 理论上也难以有清晰连续的日纹层 。
其他小贝壳跟砗磲类似 ， 理论上可能有 ， 但是相比于砗磲 ， 他们的生长速率太慢 ， 现有技术可能很难从中获得清晰连续的日纹层 。
有人提出 ， 砗磲日纹层会不会有缺失？对此我们已经做过一些验证 ， 暂未发现明显缺失现象 。 比如我们在南海采集了一个很大的砗磲 ， 年纹层和同位素年周期显示 ， 寿命约为23.5-24年 ， 我们对日纹层进行计数 ， 总日纹层为8649层 ， 平均为360到368层每年 ， 基本上没有明显缺失 。
文章图片
南海化石砗磲壳体照片 。
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