幾億年前的溫度是怎么測試出來的

駱昌芹

“現(xiàn)在氣溫是多少？”只要看一下溫度計，你馬上就能回答出來。可是，如果我問你幾億年前地球上的氣溫是多少，你一定會被難住。你也許會說：幾億年前的溫度怎么能測出來呢？難道有這樣的溫度計嗎？

測溫技術(shù)的突破

人類在征服自然的長期實踐中，創(chuàng)造了不少測溫技術(shù)，制造出了各種各樣的溫度計。早在100多年前，英國醫(yī)生阿爾伯特就發(fā)明了玻璃水銀溫度計。近幾十年來，溫度計家庭中又出現(xiàn)了熱電隅溫度計、金屬電阻溫度計、晶體管溫度計等許多新成員，它們種類繁多，性能各異，個個身手不凡。然而，這些溫度計都只能測當(dāng)時的溫度，如果要測定幾億年前的溫度，它們就無能為力了。

那么，用什么方法可以測量古時候的溫度呢？1947年，美國科學(xué)家尤里和比奇萊森，首先創(chuàng)造了地球化學(xué)測溫技術(shù)。尤里和他的研究小組，曾對一個數(shù)百萬年前的動物化石介殼進(jìn)行分析，居然知道那動物是夏天出生，一共活了4年，然后在春天死去。1961年，另一位科學(xué)家埃米利亞尼，研究了從大洋底取出的巖芯中的有孔蟲目介殼化石，發(fā)現(xiàn)地球海洋的溫度在3000萬年前約為7℃，1000萬年前約為6℃。

靈敏的同位素溫度計

幾億年前的溫度早已時過境遷，為什么現(xiàn)在還能測量出來呢？其實，地球上物理、化學(xué)的變化，生物、大氣、海洋、地殼的活動，大都與溫度密切相關(guān)。科學(xué)家告訴我們，如果我們能找到地質(zhì)歷史時期溫度變化在地球上留下的痕跡，就能知道當(dāng)時的溫度。人們從地球化學(xué)的氧同位素分析著手，終于找到了一種測量古溫度的可靠方法。

學(xué)過化學(xué)的都知道，氧元素是個大家族。按照氧原子核里的中子數(shù)目，分別有氧-16、氧-17、氧-18。這三弟兄脾氣不一，秉性有別，其中氧-18的核反應(yīng)能力大大超過氧-16和氧-17，可它的數(shù)量特別稀少。據(jù)統(tǒng)計，在自然界中，每形成500個氧-16，才會產(chǎn)生一個氧-18。不過，你可別小看了它，要知道正是這少量的氧-18，幫了人們的大忙。因為在自然界中，氧同位素的比值，會隨著溫度的變化而變化。當(dāng)生物體活著的時候，它們體內(nèi)氧同位素的比值，同生存的環(huán)境溫度有一定的關(guān)系。這些生物一旦死去，它們體內(nèi)的氧同位素比值就不再變化了。億萬年后，這些生物體的遺骸成了化石，人們只要用化學(xué)方法先從化石中提取氧，再測出氧-16和氧-18的比值，就能知道當(dāng)時這些生物生活的環(huán)境溫度了。你看，氧同位素的比值，真可稱得上是一支靈敏的溫度計呢。

測定古海洋的溫度

你也許會問，這種方法測出的溫度準(zhǔn)確嗎？告訴你，現(xiàn)在，在測量地質(zhì)歷史時期溫度方面，除了氧-16和氧-18的比值法以外，科學(xué)家還找到了其他一些可以了解古海洋溫度的方法。用這些方法，人們能測出溫度的相對高低，分出天氣的冷暖。例如，從海底取出的巖芯，記載了海洋中各種古生物的數(shù)量，而古生物的數(shù)量和當(dāng)時的海洋溫度之間，是有密切關(guān)系的。海洋中生活著眾多的生物，海水的溫度必然影響各種生物的數(shù)量。海洋中的有孔蟲屬中，有一些敏感種類，溫度高時數(shù)量比較繁盛，溫度低時數(shù)量就大為減少。

科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，在海洋中，有一種對冷暖變化特別敏感的圓輻蟲，如計算它們的數(shù)量與有孔蟲總數(shù)的比率，就可以推算出當(dāng)時的海洋溫度。計算結(jié)果表明，高的比率與冰期的暖水有關(guān)，低的比率與冰期的冷水有關(guān)。

更有趣的是，螺殼的旋轉(zhuǎn)方向還與溫度有關(guān)哩。你也許不會去注意今天的螺殼是向哪個方向旋轉(zhuǎn)的，可是科學(xué)家注意到，凡是右旋的截錐圓輻蟲的介殼，都與比較溫暖的環(huán)境有關(guān);而左旋的介殼則與較冷的環(huán)境有關(guān)。因此，從螺殼左右旋轉(zhuǎn)的比率，也可大致推斷出古代的溫度。

近20年來，地球化學(xué)測溫技術(shù)發(fā)展迅速，日趨完善。科學(xué)家運用各種測試手段，逐步搞清了各個地質(zhì)歷史時期的地球溫度。他們告訴我們：在1億年前，地球上各個海洋的平均溫度為21℃;1000萬年后，緩慢下降到16℃;又過了1000萬年，再度上升到21℃;以后又逐漸下降……