第37章 藏着古天气秘密的砗磲

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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。
  “古气候学都听说过对吧，那么你们谁听说过古天气学？”敖海源问自己的学生们。
  对视一眼，几人纷纷摇头。
  “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。
  这个时间跨度就像手机摄像头的像素，你说你拍个美女，模模糊糊的，能说她是个美女吗？只是看个大概，能看出肤白貌美大长腿吗？
  显然不能。
  而天气是大气物理特征的瞬时态，时间尺度通常以日、小时、分钟甚至秒来划分，比如一场暴雨、一个台风、一次寒潮等。
  既然天气研究很重要，现代天气观测资料又有限，  那为什么科学家们不像开发古气候学一样，开发出古天气学呢？  如果获得了过去温暖期地球天气系统的状态和变率的资料，对于预测未来全球变暖预期下天气系统的发展趋势显然是有利的。
  答案是：大家都想，但是臣妾做不到啊。
  老敖一拍这个硕大的砗磲壳。
  “就是这么个大宝贝，中国科学院地球环境研究所等单位研究人员经过5年多的努力，发现从南海砗磲化石中可以获得日-小时分辨率的古代天气信息。”
  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-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，所以它是一种非常理想的高分辨率全球变化历史研究载体。
  “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，但是某片海域有很多个砗磲化石，有的生活在几十年前，有的在几百年前，有的在几千年甚至几万年前，那么这一堆的化石在一起，就能提供很多过去的气候和天气变化信息。”

  老敖用手一指展区历的这个砗磲，“你们看这里，这个就是砗磲的年纹层。”
  “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，它只是长得慢点，但仍然会长。”
  利用特制的设备，科研工作人员就可以从每个砗磲年纹层中采取样品，获得月分辨率的样品。对这些样品进行测试，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。
  “这就是利用砗磲进行古气候研究的基本原理。通常我们采集一个砗磲化石后，会用碳14测年方法测定它大致生活在什么年代，然后进行采样，最后得出结论。”
  “但是，到这里为止，我们能利用砗磲所做的仍然是古气候研究，分辨率为月，仍然无法深入到日-小时尺度的天气变化。”
  “之前我们观测砗磲年纹层用的都是肉眼看，后来我们升级了，采用了生物学研究上常用的激光共聚焦显微镜，在显微镜下我们看到了清晰连续的日生长纹层。日纹层宽度为10-60微米。也就是说，砗磲实际上每天在长一小层，只是我们肉眼看不到，但显微镜能看到。”
  “每天长一层？真是懒得脱衣服啊！”刘浩民笑道。
  “这个日纹层很重要，因为它可以用来建立日分辨率的年代学框架，这也是我们进行日分辨率古天气研究的基础。”老敖划拉着砗磲继续说。
  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。前面我们也说过，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

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