海洋古水溫的研究

1、關(guān)于海洋古水溫的研究2013級地質(zhì)學 叢靜藝古海洋的歷史難以直接恢復，只能通過某些參數(shù)的恢復進行間接地推斷。古海水溫度就是非常重要的古海洋學參數(shù)。（一）海水溫度在古海洋研究中占有重要地位 大洋的環(huán)流是大洋系統(tǒng)發(fā)展的基本驅(qū)動力，它一方面控制大洋的溫度、鹽度、生產(chǎn)力、含氧量等，但另一方面又受到溫度等的影響。 在古海洋學研究中，海水溫度的恢復一直占據(jù)突出的地位。相對于其它參數(shù)，古海水溫度的恢復要容易而且定量化程度最高。海水溫度對大洋系統(tǒng)有多方面的影響，因此，恢復了某一時期古海洋的海水溫度，就可以推斷當時大洋的基本特征。海水溫度是水團的重要標志?，F(xiàn)今大洋中的許多水團就是依據(jù)海水溫度為重要標志而劃分出來

2、的，也就是說，不同的水團有不同的海水溫度特征，如我國近海海域的外海水團和近岸水團；再如各大洋次表層水水團之下可以劃分出中央水團、亞南極水團、亞北極水團等（當然，水溫不是劃分的唯一依據(jù)）。大洋表層環(huán)流主要是由海水溫度決定的。表層大洋環(huán)流主要由暖流和寒流構(gòu)成，其根本原因在于太陽輻射造成，但卻是通過海水溫度表現(xiàn)的。海水溫度影響大洋水層結(jié)構(gòu)，大洋水體的垂直結(jié)構(gòu)分層受水溫的控制。海水溫度又影響全球氣候，同時，海水溫度的變化又是氣候的反映。海水溫度還影響生物的分布、生物生產(chǎn)力以及海水化學特征。因此，海水古溫度的恢復在海洋學研究中占有重要地位。（二）古海水溫度恢復古海水溫度的恢復方法，概括起來有古生物學方法

3、、地球化學的方法等。從定性、半定量走向定量，古水溫的估算方法日趨完善。不論什么方法，都是依據(jù)“將今論古”的原則，或者是所謂的“現(xiàn)實主義原則”?；謴秃Ｋ艤囟?，幾乎都是以微體古生物的介殼為基本對象的。所以微體古生物化石的鑒定分析具有關(guān)鍵性作用。但是運用化石標志辨認特定的水團、洋流，只是一種定性的成果，如果用古生物資料作定量的分析，對水團、洋流作更深入的研究，就需要先取得古水溫的資料，這是因為古水溫不僅可以反映古氣候的變遷,而且還為古洋流的動態(tài)提供直接的信息。一、定性恢復海水古溫度定性恢復，多數(shù)情況下是利用化石進行的。許多生物的種類或者組合與其生活時的水溫密切相關(guān)。所以找到這樣的種類或者組合就可以

4、大致知道它們生活時的水溫高低以及變化的大致狀況。標志種和標志性種組合的方法就是一種定性恢復海水古溫度的方法。底層水、表層水和上升流的情況可以通過標志種和標志性種組合反映出來。底層水的溫度可以用底棲有孔蟲組合和介形蟲來指示，例如，Buccella frigida,Eggerella advina等冷水種指示較低的海水溫度，而Pseudorotalia, Asterorotalia等暖水種指示較高的海水溫度。浮游有孔蟲及其組合可以指示表層水溫度，常見的暖水種浮游有孔蟲包括:Globigerinoides ruber, Globigerinoides sacculifer,Globorotalia

5、menardii和Pulleniatina obliquiloculata等,冷水種浮游有孔蟲包括:Neogloboquadrina dutertrei, Neogloboquadrina pachyderma, Globigerina bulloides, Globorotalia crassaformis和Globorotalia inflata等。此外，一些微體化石的形態(tài)特征也受環(huán)境的影響，這對于簡單的指示環(huán)境有一定的意義。包括殼體的形態(tài)、殼徑、殼面孔隙率、殼體旋向、殼口大小等形態(tài)結(jié)構(gòu)的變量。例如，浮游有孔蟲的形態(tài)特征、殼口大小和表面的微細結(jié)構(gòu)受溫度的影響，會隨著緯度的變化呈現(xiàn)一定的遞變

6、性。二、半定量恢復古海水溫度分異度、優(yōu)勢度、均衡度等可以為初步判斷海水溫度范圍提供依據(jù)。簡單分異度隨著緯度的增加而降低，這種趨勢幾乎在所有生物門類中都有記載。有孔蟲、超微化石、珊瑚、苔蘚蟲、雙瓣類、腹足類等海相生物的分異度，在赤道兩側(cè)均顯示出近于對稱的分布格局:低緯區(qū)分異度高，高緯區(qū)分異度低。 半定量的方法主要利用部分微體古生物類群與海水溫度間的關(guān)系部分定量關(guān)系（溫度指數(shù)）恢復古水溫。常見的有放射蟲溫度指數(shù)、硅藻溫度指數(shù)等。（1）放射蟲溫度指數(shù)（TR）TR=Xw/Xw+（Xt=Xc）。其中Xw為暖水種個體數(shù)；Xt為過渡水種個體數(shù)；Xc為冷水種個體數(shù)。（2）硅藻溫度指數(shù)（Td）Td=Xw/Xc+

7、Xw。其中Xw為暖水硅藻個體總數(shù)；Xc為冷水硅藻個體總數(shù)。此外還有不少方法可以半定量恢復古海水溫度。如：單個指溫種的比例、不同種類間的比值變化等等。三、定量恢復海水古溫度 這是目前最主要、最通行的方法。目前比較通用的古溫度重建指標有：有孔蟲的轉(zhuǎn)換函數(shù)法和地球化學的穩(wěn)定同位素法、Mg/Ca比值、基于生物標志物的UK37或UK37、TXE86（長鏈不飽和脂肪酮）等等。 1 有孔蟲轉(zhuǎn)換函數(shù)方法： 浮游有孔蟲在海洋中廣泛分布、在沉積物中大量保存，對海洋環(huán)境變化有良好的指示意義，是迄今應(yīng)用最廣的一種古氣候信息載體。自CLI-MAP(1976)首次在全球大洋中應(yīng)用浮游有孔蟲組合重建LGM表層大洋溫度以來，

8、利用浮游有孔蟲組合重建古海水表層溫度的方法便不斷得到發(fā)展。 有孔蟲轉(zhuǎn)換函數(shù)法通過數(shù)理統(tǒng)計的技術(shù)確立浮游有孔蟲組合與古溫度之間的定量關(guān)系。將表層沉積物中定量數(shù)據(jù)做因子分析，得出代表性的組合，再用多次回歸分析得出現(xiàn)今海水溫度與現(xiàn)代表層沉積物中浮游有孔蟲組合之間關(guān)系的公式，然后將鉆孔剖面中逐層的化石數(shù)據(jù)按上述因子組合進行分解，最后用轉(zhuǎn)換函數(shù)對鉆孔中化石組合值做古溫度推算。 該方法被認為是目前獲取表層海水溫度的最有效方法之一。有孔蟲轉(zhuǎn)換函數(shù)方法都包括：IKTF（Imbrie-Kipp轉(zhuǎn)換函數(shù)），基于現(xiàn)代類比技術(shù)的MAT、RAM和SIMMAX，以及目標轉(zhuǎn)換函數(shù)法。1.1 IKTF（Imbrie-Kipp

9、轉(zhuǎn)換函數(shù)）1.1.1 簡介Berger(1971)基于物種在溫度最適合時豐度最大，并以正態(tài)分布為特征，最早建立了溫度與屬種含量間最簡單的關(guān)系式：T(est)=Sum(Pi*Ti)/Sum(Pi)。這就是物種最適溫度法。式中T(est)表示估算溫度，Pi表示第i種的百分含量，Ti是該第i種的最適溫度(在此溫度環(huán)境下，該物種的相對豐度最大)。Imbrie-Kipp轉(zhuǎn)換函數(shù)方法（Imbrie and Kipp,1971）利用因子分析與回歸分析相結(jié)合建立了轉(zhuǎn)換函數(shù)，在CLIMAP的LGM古溫度重建中起了重要作用。Imbrie和Kipp用浮游有孔蟲推算古溫度和古鹽度的轉(zhuǎn)換函數(shù)，如下：夏季表層海水平均溫度

10、，Ts=19.7A+11.6B+2.7C+0.3D+7.6冬季表層海水平均溫度，Tw=23.6A+10.4B+2.7C+2.7D+2.0表層平均鹽度，S=2.0A+1.9B+0.8C-1.6D+33.8式中，A，B，C，D分別代表地層樣品中熱帶、亞熱帶、亞極區(qū)和環(huán)流邊緣組合的數(shù)值。這種方法不僅適用于浮游有孔蟲，其它門類的微體化石群也同樣適用。由于現(xiàn)代大洋沉積中微生物組合和海洋環(huán)境之間的關(guān)系在各大洋中并不一致，基于IKTF又產(chǎn)生了一些區(qū)域性的轉(zhuǎn)換函數(shù)，一種轉(zhuǎn)換函數(shù)僅適用于某一特定的海區(qū)。在這里，將基于IKTF產(chǎn)生的一系列區(qū)域性的轉(zhuǎn)換函數(shù)都歸于此類。例如，Thompson先后于1976和1981年

11、在西北太平洋的CLIMAP項目中，根據(jù)165個表層樣品建立了一個區(qū)域性轉(zhuǎn)換函數(shù)FP-12E；Hutson于1978年，通過對印度洋強溶解和弱溶解沉積物中的浮游有孔蟲分別進行統(tǒng)計，得出適用于印度洋新近紀古氣候研究的轉(zhuǎn)換函數(shù)；以及IKM-Chen型轉(zhuǎn)換函數(shù)，等等?？傊?，利用Imbrie-Kipp轉(zhuǎn)換函數(shù)對海水古溫度的估算結(jié)果相差不多。例如，對沖繩海槽A7孔的研究中發(fā)現(xiàn)，利用FP-12和IKM-Chen轉(zhuǎn)換函數(shù)估算出來的表層海水溫度變化趨勢較相似，均表現(xiàn)出明顯的早冰消期晚冰消期全新世溫度波動階段變化。這兩種轉(zhuǎn)換函數(shù)與冷水種群浮游有孔蟲反映的溫度變化趨勢大體相似，然而對于博令阿羅德暖期的變暖和新仙女木

12、降溫事件沒有反映，基于現(xiàn)代類比技術(shù)的轉(zhuǎn)換函數(shù)MAT、RAM和SIMMAX的估算結(jié)果與基于因子分析與回歸分析結(jié)合的FP-12和IKM-Chen轉(zhuǎn)換函數(shù)估算結(jié)果有明顯的差異。 1.1.2 Imbrie-Kipp轉(zhuǎn)換函數(shù)方法的弊端： 轉(zhuǎn)換函數(shù)法在溫帶地區(qū)非常有用，但涉及到邊緣組合時，便有可能不能正確估算SST。由于在極度溫暖的情況下，其它因子的影響可能變大。而在極冷環(huán)境中，物種的分異度急劇降低，直至僅由一個物種構(gòu)成了整個組合。在極端溫暖或寒冷的情況下，古溫度的估算結(jié)果較差，無法用來正確地評價海水溫度的變化。 由于轉(zhuǎn)換函數(shù)法假定每一個組合都能回歸為一個獨立參數(shù)的二次方程，而且?guī)讉€共同作用參數(shù)（如溫度、

13、鹽度等）的作用是相互獨立的。這可能不符合海洋中的真實情況，因而導致了系統(tǒng)誤差。由于深海碳酸鹽溶解作用的影響，可能改變浮游有孔蟲群落組合，導致轉(zhuǎn)換函數(shù)法估算的誤差增加。因而在研究陸架海與封閉性盆地的古溫度結(jié)構(gòu)時，這里還存在著鹽度、混濁度、季節(jié)性惡劣天氣等多種因素的干擾，用轉(zhuǎn)換函數(shù)法確定古溫度還是一項非常困難的工作。此外，從現(xiàn)代屬種分布得出的轉(zhuǎn)換函數(shù)只能適用于新近紀時期，較早地層中的生物屬種與現(xiàn)代的不盡相同，隨著年代的變老，差距增大，難以與現(xiàn)代作類比。況且，地質(zhì)時期里的海洋環(huán)境，在現(xiàn)代未必都有出現(xiàn)。這些都降低了應(yīng)用浮游有孔蟲轉(zhuǎn)換函數(shù)估算表層海水古溫度的可靠性和精度。1.2 MAT法 1.2.1 簡

14、介 MAT法是基于現(xiàn)代類比技術(shù)之上的一種古溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)方法，該方法的主要原理是基于相似的溫度環(huán)境下發(fā)育有相似的有孔蟲組合，根據(jù)未知樣品與已知數(shù)據(jù)庫樣品的類比，用與其最相似的幾個現(xiàn)代樣品的平均溫度來指示該估算樣品的溫度，從而達到表層海水溫度重建的目的。 Hutson(1980)首先介紹了這種方法，MAT法估算SST是由化石組合與現(xiàn)代組合統(tǒng)計學上的不同直接估算的：將現(xiàn)代樣品和鉆孔樣品間向量角的余弦值定義為相似系數(shù)，相似系數(shù)高為較好的類比組合。選擇相似的現(xiàn)代類比組合，由相似性指數(shù)加權(quán)得出現(xiàn)代樣品組合的平均值，并由此估算出過去的環(huán)境參數(shù)。 Prell(1985)、Howard和Prell(1992)進

15、一步改善了這種方法，用弦距離的平方來定義訓練組中的最佳類似物，還可以定義相異系數(shù)來估算古溫度。MAT比IKTF的估算效果好，甚至當轉(zhuǎn)換函數(shù)法建立起區(qū)域性函數(shù)時，MAT比IKTF的誤差也要小。 1.2.2 MAT法的局限性：MAT法并沒有在物理參數(shù)和動物群資料間建立一個標準的公式，且沒有因子，是Lyell均變論的化身。（1） 相異系數(shù)在一定的域值內(nèi)，才可應(yīng)用此分析。低緯地區(qū)動物群的分異度原本就比高緯地區(qū)高，而相異系數(shù)是基于分異度的，給現(xiàn)代相似組合的選擇造成困難。因此，相同的域值不能適用于不同的鉆孔，也不能適用于一個給定鉆孔的整個長度。 （2）將許多最好的相似組合平均再用來估計環(huán)境的參數(shù)。由于所選

16、最佳相似組合的個數(shù)N常常不是過大就是過小。N過大，容易包括與樣品非常不同的相似組合，不必要的降低了古溫度重建的準確性。N過小，由于樣品的不足，會導致環(huán)境重建的巨大誤差。這樣的選擇標準，是SST重建中最高和最低SST求得結(jié)果不同的部分原因。而這種現(xiàn)代類似組合選擇過程必然導致了估算的誤差。除此之外，由于現(xiàn)代數(shù)據(jù)庫涵蓋的范圍不完整，有些組合無法找到與之相似的組合。由于有孔蟲在高緯度地區(qū)是單種的，MAT同樣不適用于高緯地區(qū)。1.3 RAM法 RAM對MAT進行了重大的改進，它對最佳相似物有客觀的選擇標準，又叫做表面響應(yīng)法。以現(xiàn)代溫暖季節(jié)和寒冷季節(jié)的SST為坐標的平面上建立一個以C為步幅的環(huán)境變量的規(guī)則

17、網(wǎng)格，將離節(jié)點<R（歐幾里何距離）的表層樣浮游有孔蟲豐度加入該溫度平面的網(wǎng)格中。這種方式僅允許將與SST環(huán)境相近的表層樣添加進去，相應(yīng)地，當距離節(jié)點<R范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)至少一個表層樣時，那么重繪過程就會產(chǎn)生新的數(shù)據(jù)。這個添加過程產(chǎn)生額外的數(shù)據(jù)點，該點均質(zhì)化了參考數(shù)據(jù)庫的有孔蟲群落豐度和環(huán)境SST。原始表層樣浮游有孔蟲數(shù)據(jù)組和添加的數(shù)據(jù)均被用于古溫度的重建。RAM將相異系數(shù)作為所選最佳相似物等級的函數(shù)并畫圖，尋找曲線中的躍點，保留第一個躍點之前的組作為最佳相似組合，或者更加精確地把相異系數(shù)的變化大于最后一個類似組合的相異系數(shù)的分數(shù)A（0.10.3）定義為躍點。若無躍點，則選擇給定數(shù)目B（如

18、：10）為最佳類似物的數(shù)目。在進行了該最佳相似物較客觀選擇后，即可以用類比法來計算古溫度。 RAM法更適用于極端寒冷和極端溫暖的環(huán)境。高溫情況下，RAM法重建和實測的SST的相關(guān)系數(shù)非常接近1，結(jié)果比MAT好，相似系數(shù)高，并且離差小。1.4 SIMMAX法 SIMMAX法與MAT法原理基本相同，只是對最佳類比物的發(fā)現(xiàn)和處理的方法不同：它以角余弦系數(shù)定義為相異系數(shù)，以改進現(xiàn)代SST的計算。利用樣品和所選類比鉆孔位置的地理距離的倒數(shù)的加權(quán)平均來計算現(xiàn)代SST的平均值，距離越近的類比物越相似，標準組合向量的量積被用于測定未知溫度樣品和訓練組樣品的微體組合的相似性，用觀測溫度的平均值來估算古溫度。 與

19、以上幾種方法相比，SIMMAX方法的估算效果更好，對溶解作用的影響不敏感。一般來說，SIMMAX估算溫度的離差為±0.96，在寒冷的邊界，SIMMAX夏季SST的估算誤差為32.5，而無距離加權(quán)的估算誤差可能更大。所以，SIMMAX法在寒冷邊界應(yīng)用也是有限制的。當利用MAT法出現(xiàn)了相似性指數(shù)比較低，所選量積平均值的離差高，或者用IKTF法平行評估顯示無類似組合等情況時，就可以采用SIMMAX法來估算古溫度。加權(quán)平均地理距離的倒數(shù)對地理上最近的類似物有利，改進了現(xiàn)代環(huán)境的重建，但是若化石群隨著大氣和大洋環(huán)流的改變而遷移以及在某些特定時期從它們現(xiàn)代的中心擴散，古環(huán)境將無法重建。1.5 目

20、標轉(zhuǎn)換函數(shù)法 相比于上述方法的抽象因子模型，它更強調(diào)有孔蟲屬種在生態(tài)方面的意義。它的原理是先依據(jù)一組時間序列（鉆孔數(shù)據(jù)），采用基于現(xiàn)代群落推導的古溫度轉(zhuǎn)換函數(shù)，再造一古代時間面的溫度場，利用此溫度場，基于該時間面上的古群落再行建立轉(zhuǎn)換函數(shù)，以應(yīng)用于更老時間段的古溫度推算。2 氧同位素地球化學方法2.1 方法概況 隨著熱力學在地球化學研究中的應(yīng)用，出現(xiàn)了各種地質(zhì)溫度計。根據(jù)穩(wěn)定同位素化合物之間熱力學性質(zhì)上的微小差別和穩(wěn)定同位素在兩相之間的平衡分餾依賴于溫度的關(guān)系，以及氧同位素在兩相（MCO3和H2O）之間的分餾是溫度的函數(shù)，可以用海洋沉積巖芯中生物殘骸的氧同位素比值建立古溫標，恢復古海洋環(huán)境，解

21、釋古氣候。 1947年，Urey發(fā)現(xiàn)在平衡條件下，碳酸鈣從水中沉淀時，碳酸鈣的氧同位素組成僅僅與水體的溫度和氧同位素組成相關(guān)，這為地質(zhì)古溫度計的研究奠定了基礎(chǔ)。自然界中，氧元素由16O、17O、18O 三種穩(wěn)定同位素組成，通常用18O/16O（17O 含量甚微，可忽略不計）來表述氧元素的同位素組成特征。在平衡條件下，碳酸鈣的氧同位素組成是溫度的函數(shù)。當溫度升高時，相對較輕的16O 由于有較高的活性，易于遷移，在同位素交換反應(yīng)中將優(yōu)先吸收進入殼體，致使生物殼體18O 含量相對減少，18O 值隨溫度上升而下降。因而可以用氧同位素來測定海水溫度。 2.2 關(guān)于古溫度的計算：Epstein等（1956

22、）通過實驗，得出一個計算古水溫的經(jīng)驗公式。Craig把Epstein的經(jīng)驗公式校正后得出一修正式：t=16.9一4.2(C一W)+0.13(C一W)2 上式中的C是指由碳酸鈣與100的正磷酸在25下作用生成的CO2氣體所測得的18OPDB值；W為在25時與水平衡的CO2的18OPDB值。但因當前國內(nèi)外實驗室在測定與水平衡的CO2的18O值時，一般都采用SMOW（標準平均大洋水）標準，而PDB標準較SMOW標準的18O值要正0.22，對上式進行修正，得出：t=16.9一4.2(C一W+0.22)+0.13(C一W+0.22)2。 利用上述公式測定古海水的絕對溫度時，由于古海水無法得到，所以我們要

23、討論古海水的18O（W）的取值問題，寒武紀至今海水的18O值接近于零，若忽略海水的氧同位素組成，則可將上式簡化成：t=16.9一4.2（C+0.22）+0.13（C+0.22）2 。根據(jù)海洋沉積物中自生碳酸鹽礦物的氧同位素組成，利用上式就能夠獲得海水溫度。若不忽略海水的氧同位素組成，則可以列出方程組求解。分析在相同溫度下與同一海水達到平衡的兩個礦物相，建立兩個值方值，可準確地求出W值。Labeyrie得出生物成因的硅藻（SiO2）與海水之間氧同位素分餾與溫度的關(guān)系，建立了方程組：t=16.9一4.2(C一W)+0.13(C一W)2t=5一(4.1±0.4)(si一W一40)式中的C、

24、si均可由質(zhì)譜儀測出，解方程組即可求得篩值。冰期、間冰期海水的氧同位素比值相對變化較大，變化幅度可達1.0一1.4要想準確地計算出冰期、間冰期古溫度，必須進行校正。為了使slao值接近真實的溫度，Emiliani對冰期時移去的海水及間冰期時增加的海水量和同位素組成作了校正，把大陸冰的平均氧同位素組成估計為一15，得出了425,000年以來的古溫度曲線，反映出八個溫度周期。但是，影響有孔蟲殼體氧同位素的因素比較多，例如全球冰量，鹽度，海平面升降，不同地質(zhì)時期大洋不同的物理、化學環(huán)境以及生物面貌等（1989，古海洋學概論），這些對同位素分餾產(chǎn)生影響，使得有孔蟲殼體18O值與海水溫度的關(guān)系異常復雜，

25、限制了用有孔蟲18O值估算海水溫度方法的發(fā)展。3 Mg/Ca 比值3.1 簡介有孔蟲在生長過程中，從海水中吸收Ca、Mg等元素形成碳酸鹽殼體。海水中的Mg /Ca比值基本是一個常量，因此有孔蟲殼體Mg/Ca比值的變化是受到周圍環(huán)境參數(shù)的影響而產(chǎn)生的。實驗表明，有孔蟲殼體Mg/Ca比值會隨著海水溫度升高而增高，這是因為Mg置換碳酸鹽中的Ca是吸熱過程，所以溫度升高會導致殼體中Mg 含量的增加。正因為如此，就可以用有孔蟲殼體Mg /Ca比值來反演海水溫度的變化。Lea等利用Mg/Ca比值法研究揭示了熱帶海洋在冰期和間冰期溫度變化后，有孔蟲殼體Mg/Ca比值方法已經(jīng)成為近年來古海洋研究的重要手段。由

26、于Mg/Ca測量可與同一殼體的18O結(jié)合重建海水18O的變化，并且利用不同浮游有孔蟲屬種的Mg/Ca測量可以獲得水體溫度結(jié)構(gòu)的變化信息，因此與其他古溫度估算方法相比，該方法具有明顯優(yōu)勢和應(yīng)用前景。3.2 計算有孔蟲在生長過程中，從海水中吸收Ca，Mg等元素形成碳酸鹽殼體。海水中的Mg/ Ca 比值基本是一個常量，因此有孔蟲殼體Mg / Ca 比值的變化是受到周圍環(huán)境參數(shù)的影響而產(chǎn)生的。因為Mg置換碳酸鹽中的Ca是吸熱過程，所以溫度升高會導致殼體中Mg含量的增加，而實驗結(jié)果也表明，有孔蟲殼體Mg/ Ca 比值會隨著海水溫度升高而增高。經(jīng)測定，溫度升高1，有孔蟲殼體Mg/ Ca 比值增加( 9+-

27、1)%。大量的實驗結(jié)果均表明有孔蟲殼體Mg/ Ca 比值與海水溫度應(yīng)該是一種指數(shù)函數(shù)關(guān)系，而不是線性關(guān)系?？梢杂孟率鼋?jīng)驗公式表示：Mg/ Ca ( m mol/ mol) = b emT 或者，T =1/m* ln ( Mg / Ca) / b 式中，m 表示Mg/ Ca 比值隨溫度的指數(shù)變化；b 表示Mg / Ca 隨溫度變化的幅度；T 代表溫度。不同海區(qū)不同屬種m 和b 的值不一樣， 指數(shù)m 的變化范圍為0. 085 0. 11，相當于溫度升高1，Mg / Ca 比值增加8. 5% 11%，系數(shù)b 在0. 3 0. 52 之間變化。 各個海區(qū)鉆孔沉積物以及沉積物捕獲器中有孔蟲Mg/ Ca

28、比值與海水溫度也都滿足這種類似的關(guān)系。Mg/ Ca 比值方法應(yīng)用范圍較廣，從低緯海區(qū)到高緯海區(qū)，從表層海水到深層海水，都有人在開展實驗。但在碳酸鹽溶解作用強的海區(qū)，由于鈣質(zhì)微體化石易溶解，Mg/ Ca 比值方法的應(yīng)用受到限制。4 UK374.1 不飽和烯酮（Uk37）簡介長鏈烯酮不飽和度溫標，具有不受碳酸鹽溶解作用、沉積作用、氧化作用及長鏈烯酮豐度等因素影響的特性，已成為繼微體化石(有孔蟲等)、氧同位素之后又一古氣候變化研究的重要替代指標。盡管有研究表明營養(yǎng)、光照等環(huán)境因素可能影響長鏈烯酮不飽和度溫標，但Uk37溫標仍然廣泛地、成功地應(yīng)用于定量重建古海表水溫。海洋環(huán)境中長鏈烯酮不飽和度溫標（U

29、k37）不僅能夠反映地質(zhì)歷史時期冰期-間冰期較大的溫度變化，而且能夠定量反映中世紀暖期、小冰期及近代的溫度波動。Uk37溫標在全球海洋中得到廣泛應(yīng)用主要歸功于：（1）長鏈烯酮在海洋中廣泛存在（Müller et al.,1998）；（2）海洋中長鏈烯酮的母源比較清楚，只有少數(shù)的幾種金藻合成長鏈烯酮: 例如廣海種Emilianiahuxleyi、Gephyrocapsa oceanica和濱海種Isochrysis galbana、Chrysotila lamellosa；（3）通過實驗室對單藻種的控溫培養(yǎng)以及全球海洋表層沉積物的研究，建立了Uk37 溫度(T)的關(guān)系方程(Mü

30、;ller et al.,1998;Versteegh et al.,2001; Prahl et al., 1987;Volkman etal.,1995;Conte et al.,1995,1998,2001;Sawada et al.,1996;Rosell-Melé et al.,1995;Ternois et al., 1997;Pelejero et al.,1997; Bentaleb et al.,2002)。4.2 不飽和烯酮（Uk37）計算方法實際應(yīng)用中，用適當?shù)挠袡C溶劑充分提取沉積物中的地質(zhì)類脂化合物，用氣相色譜分析，根據(jù)出峰的保留時間及峰面積積分值，分別對烯酮

31、化合物的各個組分進行定性與定量研究。烯酮化合物不飽和度指標（Uk37）的定義如下：Uk37= C37: 2 - C37: 4 / C37: 2 + C37: 3 + C37: 4 式中，Uk37 表示碳數(shù)為37 的甲基酮的不飽和比值，/ U0 表示不飽和度， / k0表示甲基酮，/ 370 表示碳數(shù)；C37: 2，C37: 3 和C37: 4分別表示碳數(shù)為37，帶有2 4 個碳碳雙鍵的甲基酮。由于在大多數(shù)沉積物中C37: 4含量極微，故一般把上式簡化為：Uk37= C37: 2 / C37: 2 + C37: 3 利用Uk37來估算海水表層溫度在某些地區(qū)的應(yīng)用已經(jīng)取得了成功。例如王律江再造了南

32、海北部17940 站位末次冰期以來的海水溫度變化，趙美訓等利用MD972151站位的材料重現(xiàn)了南海南部0.15Ma B.P.以來的海水溫度變化。在CCD 面之下的沉積物，碳酸鹽含量稀少，Uk37的應(yīng)用價值更為突出。但這種方法也存在許多問題，例如顆石藻Emilianiahuxleyi最早出現(xiàn)于0. 27Ma B.P.前，但是更早的地層中也發(fā)現(xiàn)有烯酮化合物，因此烯酮化合物的來源還有待于進一步確定。另外，Emilianiahuxleyi合成烯酮化合物是否與季節(jié)有關(guān)，如與季節(jié)有關(guān)，它又反映了何種季節(jié)的海水表層溫度，這些問題都有待于進一步的澄清。5 TEX86指標（長鏈不飽和脂肪酮）TEX86是近期出現(xiàn)

33、的新的古溫度指標，它與其他替代性指標相比具有優(yōu)越性。近年來開始被廣泛的應(yīng)用開來。5.1 其他替代性指標的弊端有孔蟲轉(zhuǎn)換函數(shù)雖然可以獲得較為準確的夏冬季古溫度記錄，但在實際應(yīng)用中比較費時，并且適用的區(qū)域及時間跨度也較小，目前主要用于第四紀表層海水溫度的重建。有孔蟲18O和Mg/Ca比值除受溫度的影響之外，還受到其他一些因素的制約。如不同種群在水體中的垂直分布，浮游生物本身的礦化過程，海水碳酸根離子濃度，有孔蟲殼體在沉積物中的保存狀況等。另外，有孔蟲18O作為古溫度指標還需要利用海水鹽度記錄來計算，而古海水鹽度的估算也存在很大誤差。利用UK37指標重建古海水溫度變化，基本不受海水鹽度變化的影響,并

34、且具有較高的分析精度。UK37也有一定的局限性。其一，溫度局限性。Uk37指標只能應(yīng)用于表層溫度低于29的海洋環(huán)境中，因為它在29以上的水體環(huán)境中，顆石藻只產(chǎn)生C37：2烯酮，所以Uk37指標在西太平洋暖池區(qū)等高溫區(qū)古溫度重建會受到限制。其二，時間局限性。由目前的研究來看，顆石藻種群出現(xiàn)較晚，Uk37指標只能應(yīng)用到過去6 Ma的時間尺度之內(nèi)。其三、地域局限性，在兩極地區(qū)尚不能應(yīng)用。到目前為止，兩極海區(qū)中沒有發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生C37不飽和烯酮的顆石藻存在。5.2 TEX86指標的提出 TEX86指標是由Schouten首次提出的，它是基于GDGTs II、III、IV及Vc的相對比值，即:TEX86=II

35、I+IV+VcII+III+IV+Vc。（TEX86與年平均表層海水溫度有很好的相關(guān)性，該方程的適用溫度范圍為030） 在Schouten等提出TEX86指標之后，不同研究者通過Marine Crenarchaeota的培養(yǎng)實驗、水體顆粒物(POM)和海底表層沉積物等分析研究來檢驗其在古海水溫度重建中的應(yīng)用。由于人工實驗室條件不能完全代表海洋的實際情況，如種群的差異、生物之間的相互制約、海洋其他條件的變化等都可能會影響TEX86對溫度的指示作用，因此，TEX86指標的應(yīng)用還需要通過實測海洋中的樣品來進一步驗證。通過綜合人工培養(yǎng)實驗、水體顆粒物以及海底表層沉積物等的分析結(jié)果，得出TEX86指標與表層海水溫度呈線性關(guān)系的結(jié)論，TEX86主要受溫度的影響，而鹽度