历史地质学/骨骼气候学

Cypraecassis rufa. 海贝记录气候信息。

在本文中，我们将探讨海洋生物贝壳的成分如何受气候影响，以及我们如何通过对其贝壳进行化学和同位素分析来获得有关过去气候的线索。这种方法集合被称为骨骼气候学。

氧同位素

水中稳定氧同位素¹⁶O 和¹⁸O 的比率可以证明随温度变化，¹⁶O/¹⁸O 比例越高，温度越低。

形成贝壳的海洋生物在形成其碳酸钙贝壳时会利用海水中的氧气，由于两种氧的同位素在化学上是相同的，因此不会优先选择特定的同位素，因此贝壳中的氧气比率反映了海水中的氧气比率。

这意味着，当然，如果我们观察地质记录中的贝壳（有孔虫的测试是首选），如果贝壳中的碳酸钙没有被其他矿物取代，如果我们可以对贝壳进行年代测定，那么我们就可以找到贝壳沉积时海水当时的温度和地点：这种替代指标被称为δ¹⁸O。更重要的是，由于可以区分浮游和底栖物种的化石，因此我们获得了每个地点的两个数据：表面温度和海底温度。

Mg/Ca 和 Sr/Ca

镁（Mg）和锶（Sr）元素位于元素周期表中与钙（Ca）相同的列，因此具有相似的化学性质。这意味着镁和锶可以替代碳酸钙（CaCO₃）中的钙。由于这些元素在较高温度下更容易替代钙，因此镁和锶替代钙的比例可以用作温度替代指标.

方法的困难

显然，为了使这种方法有效，贝壳的矿物成分在石化过程中不能发生改变。虽然这可能会让我们在获取合适的材料方面遇到困难，但通常不会导致我们得出错误的结果；毕竟，如果贝壳经历了矿物置换，不再由碳酸钙组成，那么地质学家不会轻易忽略这一点。

干扰氧同位素方法的一点是，矛盾的是，实际的冰川作用对全球海洋氧同位素比率的影响与低温对局部同位素比率的影响相反。这是因为当地球的冰川作用增加时，从海洋中蒸发的水被锁定在冰盖中；现在¹⁶O 比¹⁸O 轻，因此更容易蒸发，因此冰川作用增加的结果是¹⁶O/¹⁸O 比例下降。为了理解数据，需要参考其他数据来解开这些局部和全球影响。

在 Mg/Ca 和 Sr/Ca 方法中，海水的局部矿物成分可以作为混杂因素：例如，如果某个地点的海水由于某种原因特别富含镁，那么这也会增加 Mg/Ca 比例。

我们如何知道？

我们可以从已知温度的地点采集形成贝壳的生物样本，并测量它们的同位素和化学比率，看看它们与温度的关系。也可以在人工控制温度的容器中养殖贝类，看看会发生什么。

自从生物开始形成碳酸钙贝壳以来，贝壳形成的生物化学不太可能发生重大变化；水蒸发物理过程几乎不可能发生任何变化。可以合理地得出结论，我们可以将过去的数据作为替代指标来了解过去温度。

最后，我们可以注意到，从贝壳和其他古气候替代指标中获得的古气候数据之间存在良好的相关性，即使不是完全相同。