化石，地球的“温度计”

谭梅

现代人类感知身边的温度可以通过多种方法，但如果想知道数万年甚至数百万年前是什么气候，又该怎么办呢？其实，地球也有自己的温度记录，要想获取这些远古的纪录，就需要借助广泛存在于岩石之中的宝贝——化石。

生物化石群揭示地球演变的奥秘

化石指保存在岩层中的古生物遗体、遗物或遗迹等。用于测量地球古时候温度的一般都是采用生物遗体化石。化石一般出现在沉积岩中，包括泥岩、砂岩和灰岩等，沉积岩是各种沉积物缓慢沉积而成，数米厚的沉积岩形成时间可达数百万年。科学家为了了解地球上某一时期的气候特征，最直接的方法就是研究这一时期岩层中的化石。

利用化石来反推地球古时候的温度，可以从宏观与微观层面上来进行。温度是决定生物生存、繁殖和分布的最重要因素，它控制着生物的分异度和分区：生物的种类越多分异度越高，表示该地区的温度相对越高；生物的种类少分异度低，则表示该地区的温度相对越低。以平均温度为指标，可以将全球生物分为热带生物、温带生物、寒带生物，例如南北极的生物种类相较于热带生物的种类明显减少。你脑海中是不是浮现了北极熊孤单的身影？

特定的生物都有其特定的生活环境，例如剑齿虎—大熊猫动物群生活在热带、亚热带的气候环境中，当发现这些化石时，表明这一地区当时处于温暖环境；造礁珊瑚只分布在温暖、清澈、正常盐度的浅海环境，如果在地层中发现了这些化石群，就可以用来推断这种特殊的环境温度条件。古生物化石群落就像历史留下的线索，古生物学家通过它们不仅可以复原史前地表环境，还可以揭示生物进化的过程，探知地球演变的奥秘。

现实中，化石群在整个地层中极少能完整保存下来，越大的动物就越难形成完整的化石，现在人们找到的多是一些化石的碎片，很多时候都不能分辨这些碎片属于什么动物（比如赵彻同学研究的化石）。这时候，就需要从微观层面上对化石进行研究了。有科学家提出，可以利用牙形刺来研究古气温。

微观层面——牙形刺

牙形刺是已灭绝的牙形动物的骨骼，广泛分布在浅海陆架至深水盆地环境中。它体形很小，一般在1 毫米左右，最大也不超过1 厘米，微小的形体保证了它能很好地保存下来。

牙形刺主要由磷灰石有序排列而成，结构致密，能够较好抵抗后期成岩作用改造，化学稳定性好。这种生物利用当时的海水进行磷酸盐矿化生成磷灰石，保留着这一时期海水的重要信息，这些信息就包括海水的温度信息。

最重要的一点是，磷酸盐中的稳定氧同位素18O 对环境水体温度变化比较敏感，牙形刺又极好地记录和保存了原始海水稳定氧同位素信号。科学家们通过对腕足动物化石中的硬壳进行稳定氧同位素测定，就能探知温度高低。

稳定氧同位素18O 也因此成为重建古海水温度的关键指标。知晓古海水温度变化之后，就能大概知道当时地球的气候。

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遗体化石多为古生物的硬质部分，如骨骼、牙齿等；遗物多为古生物遗留下来的，如恐龙蛋或粪便等；遗迹则是古生物在活动过程中产生的痕迹，如恐龙脚印、贝类等生物爬行的痕迹等。

更多化石……

科研工作者对有孔虫、珊瑚、双壳等生物化石壳体进行氧同位素测量、微量元素测量、微体结构研究以及阴极发光等实验发现，通过这些生物壳体中Mg/Ca 比值同样可以系统地了解全球气候变化规律及其驱动机制。研究人员还总结出利用腕足动物壳体Mg/Ca 比值计算的温度与古地理学证据显示的温度更为接近，因为生物壳体生长时，从海水中吸收Ca、Mg 等元素形成碳酸盐壳体，而海水中的Mg/Ca 比值基本上處于一个稳定状态，值的大小主要受海水温度控制，所以利用它同样可以反演生物壳体生长时期的真实古海水温度变化。