化石，地球的“溫度計”

譚梅

現代人類感知身邊的溫度可以通過多種方法，但如果想知道數萬年甚至數百萬年前是什么氣候，又該怎么辦呢？其實，地球也有自己的溫度記錄，要想獲取這些遠古的紀錄，就需要借助廣泛存在于巖石之中的寶貝——化石。

生物化石群揭示地球演變的奧秘

化石指保存在巖層中的古生物遺體、遺物或遺跡等。用于測量地球古時候溫度的一般都是采用生物遺體化石。化石一般出現在沉積巖中，包括泥巖、砂巖和灰巖等，沉積巖是各種沉積物緩慢沉積而成，數米厚的沉積巖形成時間可達數百萬年。科學家為了了解地球上某一時期的氣候特征，最直接的方法就是研究這一時期巖層中的化石。

利用化石來反推地球古時候的溫度，可以從宏觀與微觀層面上來進行。溫度是決定生物生存、繁殖和分布的最重要因素，它控制著生物的分異度和分區：生物的種類越多分異度越高，表示該地區的溫度相對越高；生物的種類少分異度低，則表示該地區的溫度相對越低。以平均溫度為指標，可以將全球生物分為熱帶生物、溫帶生物、寒帶生物，例如南北極的生物種類相較于熱帶生物的種類明顯減少。你腦海中是不是浮現了北極熊孤單的身影？

特定的生物都有其特定的生活環境，例如劍齒虎—大熊貓動物群生活在熱帶、亞熱帶的氣候環境中，當發現這些化石時，表明這一地區當時處于溫暖環境；造礁珊瑚只分布在溫暖、清澈、正常鹽度的淺海環境，如果在地層中發現了這些化石群，就可以用來推斷這種特殊的環境溫度條件。古生物化石群落就像歷史留下的線索，古生物學家通過它們不僅可以復原史前地表環境，還可以揭示生物進化的過程，探知地球演變的奧秘。

現實中，化石群在整個地層中極少能完整保存下來，越大的動物就越難形成完整的化石，現在人們找到的多是一些化石的碎片，很多時候都不能分辨這些碎片屬于什么動物（比如趙徹同學研究的化石）。這時候，就需要從微觀層面上對化石進行研究了。有科學家提出，可以利用牙形刺來研究古氣溫。

微觀層面——牙形刺

牙形刺是已滅絕的牙形動物的骨骼，廣泛分布在淺海陸架至深水盆地環境中。它體形很小，一般在1 毫米左右，最大也不超過1 厘米，微小的形體保證了它能很好地保存下來。

牙形刺主要由磷灰石有序排列而成，結構致密，能夠較好抵抗后期成巖作用改造，化學穩定性好。這種生物利用當時的海水進行磷酸鹽礦化生成磷灰石，保留著這一時期海水的重要信息，這些信息就包括海水的溫度信息。

最重要的一點是，磷酸鹽中的穩定氧同位素18O 對環境水體溫度變化比較敏感，牙形刺又極好地記錄和保存了原始海水穩定氧同位素信號。科學家們通過對腕足動物化石中的硬殼進行穩定氧同位素測定，就能探知溫度高低。

穩定氧同位素18O 也因此成為重建古海水溫度的關鍵指標。知曉古海水溫度變化之后，就能大概知道當時地球的氣候。

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遺體化石多為古生物的硬質部分，如骨骼、牙齒等；遺物多為古生物遺留下來的，如恐龍蛋或糞便等；遺跡則是古生物在活動過程中產生的痕跡，如恐龍腳印、貝類等生物爬行的痕跡等。

更多化石……

科研工作者對有孔蟲、珊瑚、雙殼等生物化石殼體進行氧同位素測量、微量元素測量、微體結構研究以及陰極發光等實驗發現，通過這些生物殼體中Mg/Ca 比值同樣可以系統地了解全球氣候變化規律及其驅動機制。研究人員還總結出利用腕足動物殼體Mg/Ca 比值計算的溫度與古地理學證據顯示的溫度更為接近，因為生物殼體生長時，從海水中吸收Ca、Mg 等元素形成碳酸鹽殼體，而海水中的Mg/Ca 比值基本上處于一個穩定狀態，值的大小主要受海水溫度控制，所以利用它同樣可以反演生物殼體生長時期的真實古海水溫度變化。