使用稳定同位素研究过去的气候

使用稳定同位素研究过去的气候 

对过去气候的研究（古气候学）可以为预测未来气候变化提供参考。相比于现代仪器记录的气候变化数据，过去的的气候变化信息可以提供和更长时间尺度的气候突变事件的相关数据。我们能够通过分析“自然档案”，包括树木、冰芯、湖泊沉积物、珊瑚和石笋来重建过去的气候。这些档案可以是随着时间的推移而保存下来的任何自然材料，具有的生长或沉积层，可以随着时间的推移进行分析和追溯。自然档案本质上可以是生物或非生物——这意味着它们分别来自以前的生物体（例如珊瑚、树木）或非生物的地质成分（例如冰芯、湖泊沉积物、洞穴沉积物）。

自然档案可以从外观可见的特征或化学特征方面进行分析。例如，可以从沉积物成分、颗粒纹理变化、结构（如水流、地震沉积）、颜色（如缺氧条件下产生的铁锈）和磁性等许多变量来分析湖泊沉积物岩芯层。此外，冰芯中的古雪层可用于分析年积雪量、季节分布和气泡成分。另一方面，不同地质沉积层或生长层的化学特征可以提供丰富的信息，包括随时间重建温度、降水、大气环流和成分、自然灾害和海水成分。这些化学特征根据稳定同位素测得，包括硼（δ11B）、氧（δ18O）和碳（δ13C）的同位素。

由于环境和气候条件以且可预测的方式发生变化，自然档案中的这些物理的和化学的特征随时间而变化，包括光合生物与温度之间的关系。人们可以利用对档案与其周围环境之间关系的理解来重建过去这两种元素的变化关系——利用这种关系可以研究气候变化指标。例如，当温度是树木生长的限制因素时，树木年轮的生长宽度可以代表气候中的温度。

硼和氧稳定同位素

硼（δ11B）和氧（δ18O）的稳定同位素是用于重建各种自然档案中的气候的两个重要变量。由于原子核原子量的差异，单个元素的种类或“同位素”可能略有不同。那些原子量较重的同位素（例如18O比16O重）较大，因此与较轻的同位素相比，它们以不同且可预测的方式在环境中循环。例如，当云层穿过海岸线向大陆降雨时，水中较重的氧气（18O）往往比较轻的氧气（16O）更容易下雨，从而在降雨历史和同位素种类之间建立了联系。与远内陆地区发生的降雨事件相比，沿海地区的降雨事件可能具有更强的18O特征，这被称为大陆性效应。在自然环境下，一种同位素类型相对于另一种同位素类型的优先运动被称为同位素分馏。这种分馏形成了稳定同位素气候代理关系的基础。