#天气#砗磲化石隐藏古代天气秘密( 二 )
比如利用树轮的宽度重建某一区域过去数千年的温度或者降水变化；利用珊瑚年层的氧同位素和元素比值重建海洋表面的温度变化；利用黄土沉积的粒度来指示过去几百万年东亚冬季风的强度等等 。
经过一百多年的努力 ， 地质学家们成功地构建了过去6500万年甚至更长时间地球气候变化的框架 。 这些知识极大地丰富了我们对于地球气候历史的了解 ， 让我们知道了地球历史上曾经存在过超级大冰期、超级大暖期 ， 也存在过剧烈的冰期-间冰期旋回 ， 还帮助我们理解了当前全球变暖在地球气候历史上的地位 。
虽然古气候学的研究取得了大量的成果 ， 为我们认识地球气候变化提供了重要的帮助 ， 但是我们似乎很少听说古天气学这个词 ， 是古天气研究不重要吗？当然不是 。
虽然地质学家们开发出了很多古气候研究载体 ， 如冰芯、海洋沉积、树轮、珊瑚、湖沼沉积、石笋等 ， 但是他们能够提供的信息的时间分辨率都太低 ， 通常为数十年到数百年 ， 最高分辨率的载体如树轮和珊瑚 ， 也只能到年或者月 。 也就是说 ， 我们通过这些地质生物载体获取的 ， 都是几百年平均 ， 最多几个月平均的气候信息 。 这些信息可以用来理解地球气候（月及以上尺度）的变化 ， 但是无法用于研究发生时间在日-小时甚至更短时间尺度的天气变化 。
砗磲为何有潜力成为古天气研究载体？
首先让我们来认识一下什么是砗磲 。
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(601099,股吧)-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天气变化历史研究载体 。
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 。 砗磲这个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 ， 有的在几千年甚至几万年前 ， 很多个化石砗磲在一起 ， 就能提供很多过去的气候和天气变化信息 。
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 。
利用我们实验室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 。
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