古時溫度如何測量

胡立成

“小兄弟，不能只講風度，忘記溫度，要穿厚實一些。”句中的溫度是作為表示物體冷熱程度的物理量，從微觀上講，它是物體分子熱運動的劇烈程度。從中國古代發明的冰瓶到伽利略發明的溫度計，溫度計的產生奠定了記溫學和熱學發展的基礎。

早在公元前2世紀，中國古人就開始以最簡單易得的水作為介質制成溫度計，并稱其為“冰瓶”。它是通過水的結冰和融化來判斷氣溫的。到了商周時，古人又開始觀察“火候”，借燃燒時火焰的變化推測溫度的高低，并把目測火候的方法運用于青銅器的冶煉。先秦時成書的《考工記·栗氏》，就記載了觀察火候的方法和過程，不同火焰和煙色的變化代表不同的溫度。如青銅冶煉時出現白色煙霧，表明溫度大約為907℃，鋅開始揮發;爐火純青，表明溫度已達到1200℃，鋅完全揮發;全是銅的青焰時，表明此時可以澆鑄了。經過現代科學驗證，目測火候法相當準確，而且在現代冶煉、制瓷等多種行業中仍在運用。

隨著西方科技的強盛發展，以及對地質的深入研究，使測量古時候的溫度成為可能。科學家告訴我們，如能找到地質歷史時期溫度變化留下的痕跡，就能知道當時的溫度。于是，人們從地球化學的氧同位素著手，終于找到了另一種測量古時候溫度的可靠方法。氧元素是個大家族，包括氧16、氧17、氧18。其中，氧18的核反應能力大大超過了氧16和氧17，可它的數量特別稀少。據統計，在自然界中，每形成500個氧16，才會產生一個氧18。氧同位素的比值，會隨著溫度的變化而變化。當生物體活著的時候，它們體內氧同位素的比值，同所生存的環境溫度有一定的關系。當這些生物體死去，它們體內的這種同位素比值就不再變化了。億萬年后，這些生物體遺骸成了化石，人們只要用化學方法從化石中提取氧，再測出氧16和氧18的比值，就能知道當時這些生物生活環境的溫度了。你看，氧同位素的比值真可稱得上是一支靈敏的溫度計。

另外，在觀察海洋巖芯時，科學家們發現，有一種對冷暖變化特別敏感的圓輻蟲，計算它的數量與有孔蟲總數的比率，就可以推算出當時的海洋溫度。計算結果表明，高的比率與冰期的溫水有關，低的比率與冰期的冷水有關。更有趣的是，螺殼的旋卷方向也與溫度有關。凡是右旋的截錐圓輻蟲的介殼，與溫暖的環境有關，左旋的介殼則與較冷的環境有關。因此，從螺殼左右旋卷的比率，可推斷盤古時期的溫度。

探測古時候的溫度所得到的古氣候和古環境資料，可以為未來氣候和環境變化提供預測依據，也可以為解釋當今氣候環境變化的原因提供有效的科學思路。