研究原理

1.4.1 影響浮游有孔蟲殼體內氧碳同位素變化的因子

自 1869 年蘇俄科學家門得列夫(Dmitri Mendeleev)首先利用原 子重量列出元素週期表以來，目前科學界以元素的質子數來排列元

effect)。

而同位素含量表示法常利用與相對標準樣品含量相較而得，以 千分比(‰，permil)為表示方式，此表示法可以避免測量某一同位素 絕對含量而所遭遇含量極少、不易測得且誤差大的問題。以氧為例，

它具有¹⁶O、¹⁷O、¹⁸O 三種同位素，在自然界中含量分別為 99.763

﹪、0.0375﹪、0.1905﹪(eg., Anderson and Arthur, 1983)，其表示式 如下： (Vienna Peedee belemnite，Peedee belemnite standard from the Peedee formation, Upper Cretaceous of South Carolina; Oehler et al., 1972)

浮游有孔蟲在形成其碳酸鈣殼體時，吸收海水中鈣離子與碳酸 水同位素變化，進而推論其生成環境的變化(Shackleton et al., 1973)。

影響沉積物中浮游有孔蟲個體間同位素差異可以分為三方面來

增加，影響海水的氧同位素值，稱為冰川效應(ice volume effect)；海 水蒸發強烈時¹⁶O 較¹⁸O 容易蒸發，使海水中的¹⁸O 相對富集，淡水 的輸入如河川或降雨則輸入較多的 ¹⁶O，使海水中的 ¹⁶O 相對富集。

以上兩項為影響海水氧同位素的主要原因。

殼體形成時，其周遭海水溫度所造成有孔蟲利用氧同位素差異 的分異作用，不同種屬、甚至同一種屬在不同個體發生階段所利用

16O、¹⁸O 之程度差異造成的生機效應以及海水的酸鹼值、碳酸根離 子濃度影響有孔蟲利用¹⁶O 及¹⁸O 之程度不同(Spero et al., 1997)，是 為有孔蟲利用水中物質生合成殼體所產生的差異。

殼體不完全溶解時，較薄或 ¹⁶O 含量較多的外殼較易被溶解，

造成殼體中¹⁸O 富集之部份溶解效應(partial dissolution effect, Wu and Berger, 1991; Lohmann, 1995)，及殼體在沉積物中不同程度的成 岩作用則為殼體生成後與環境間作用所產生的變化。

利用挑選保存完整及相同殼體大小有孔蟲殼體，控制有孔蟲在 利用水中物質生合成殼體時所產生的差異及殼體生成後與環境間作 用所產生的變化，浮游有孔蟲殼體的氧同位素值可廣泛應用為建立 古海水溫或冰川體積的工具(Spero et al., 2003; Thunell et al., 1994) 碳同位素

探討有孔蟲殼體碳同位素變化的影響因素遠比氧同位素複雜，

海氣交換時CO2溶解作用與海水中有機物質的氧化或埋藏為主要影 響海水中碳同位素組成原因，海水的輸出生產力(export

差異。碳同位素值最常被應用在重建古海洋表水的初級生產力、大 氣、或海水二氧化碳交換情況等方面。

1.4.2 浮游有孔蟲氧同位素地層與米蘭科維奇天文理論

影響浮游有孔蟲氧同位素的因子中，全球冰川的消長對有孔蟲 殼體的氧同位素影響最大，冰川形成時固定住大量的¹⁶O，使海水中

18O 比例增加，影響全球海水中的氧同位素，並記錄在全球有孔蟲殼 體中。藉由冰期-間冰期全球冰川的消長，有孔蟲殼體的氧同位素地 層記錄成為全球年代的對比的絕佳工具。冰期形成的主因是夏季的 太陽輻射量變弱，冬季留下的冰雪不足以溶化而累積。較廣的冰雪 覆蓋區有較高的反照率以反射較多的太陽輻射，使地表吸收的太陽 輻射變少，冰雪溶化量因此更加減少，使得冰雪覆蓋區逐年擴大。

米蘭科維奇理論指出天文軌道的週期性變化控制地球表面日照 量，最常被用來解釋兩極冰川體積消長機制，此理論說明地球繞日 軌道及地球自轉的週期性變化主控地球表面日照量，使第四紀地球 上的冰期-間冰期變遷呈現特殊的週期性(Imbrie et al., 1984)，米蘭科 維奇理論中影響地表日照分布受三個天文參數影響(圖1.3)：

(1)軌道偏心率(eccentricity)：地球以接近圓形的橢圓軌道繞太陽 公轉，週期約為十萬年。偏心率大小影響太陽輻射入射地球 的年累積量，當偏心率越大，太陽輻射入射地球的年累積量 小。

(2)地軸傾斜角變化(obliquity)：地軸傾斜角變化週期約為四萬 年，地軸傾斜角變化不會影響太陽輻射進入地球的總量。如 果傾角較大，則南北回歸線往高緯度移動，形成夏季太陽輻 射量較大，冬季較小，季節變化也因此變大。

(3)歲差(precession)：歲差指地球除自轉之外，地球自轉軸亦成

圓錐狀晃動，晃動週期為兩萬三千年及一萬九千年，會造成 南北半球日照量季節性差異度的變化。歲差造成季節差異的 週期變化對於低緯度地區更加顯著(Imbrie et al., 1984)。

圖1.3 過去八十萬年來軌道偏心率、地軸傾斜角、歲差對地球日照量 的變化，右小圖為其主要周期(取自 Imbrie et al., 1984)。