稳定碳氧同位素Stable Carbon and Oxygen Isotopes
稳定碳氧同位素Stable Carbon and Oxygen Isotopes
汪中和 (Wang, Chung-Ho)
：碳酸盐是地表环境常见的矿物（如石灰岩、白云岩及石笋等），也是许多生物骨骼的重要成分（如贝类、有孔虫及珊瑚等）。不论碳酸盐形成时，是经由无机的沉澱过程，或是有机的分泌造成，其中的稳定碳氧同位素组成，会在形成矿物时记录当时的母液同位素组成、温度与环境条件，因此成为研究古气候及古环境课题的有力工具。
：早在1947年，诺贝尔化学奖得主哈罗德﹒尤里（Harold C. Urey）教授就从理论的观点，提出碳酸盐矿物的氧同位素组成可以记录形成时的温度，是一个极为难得的天然地质温度计。
：质谱仪的分析技术在1950年代初期有了突破性的发展，使得尤里教授的理论猜测获得实验的证实，也开启了碳氧稳定同位素研究新的里程碑。氧同位素组成的温度方程式最先是由加州理工学院的山谬尔﹒艾普斯坦（Samuel S. Epstein）领导的团队在海洋碳酸钙质有孔虫壳体的分析结果推导出来，接着由迈阿密大学的凯撒﹒米利阿尼（Cesare Emiliani）教授应用同样的分析技术到深海的有孔虫壳体化石，获得前所未见的海洋温度与氧同位素组成变化纪录，建立深海沉积物的氧同位素地层学，为第四纪的冰期与间冰期的演进史，带来革命性的崭新观念与看法。在同一时间，水样标本的氧同位素分析技术也同步大幅发展，开拓了新的同位素水文学。由于碳酸盐矿物都是在含水的环境里形成，水样标本的氧同位素测定，配合碳酸钙质化石的氧同位素的分析，给古气候及古环境的诠释带来极佳的助益，减少许多不确定的因素。
：除了氧同位素研究有许多重要的突破，碳同位素的分析方法也不断更新改进。由于碳同位素在自然界的循环牵涉到复杂的生物及光合作用，影响的因素相对复杂许多，例如：溶解性的无机碳、光合作用类型、环境的氧化还原程度、水体的pH值及大气的二氧化碳分压等。因此，数据的解释相对难度也较大，但是却能获得许多环境方面的重要资讯。
：因此，将碳酸盐矿物的氧同位素及碳同位素组成结合在一起，就好比带上一副3D的眼镜，可以观察到碳酸盐矿物形成时的条件，甚至形成后的演变过程，是一般其他工具观察不到的。所以，分析碳酸盐矿物的碳氧同位素组成，不但可以应用到任何地质年代的碳酸盐矿物，并成为目前地球科学相关研究不可或缺的基本项目。