歷史地質學/Uk'37

巴倫支海中Emiliania huxleyi 藻華的衛星影像。

在本文中，我們將探討烯酮及其如何被用於構建溫度替代指標，該指標以有點神秘的名稱U^k'₃₇而聞名。

烯酮

烯酮是有機分子，具有鏈狀結構，就像有機分子經常那樣。鏈的長度由其中的碳原子數決定，因此我們可以談論烯酮 C₃₇、C₃₈ 等等。請注意，這些不是烯酮的化學式，烯酮除了碳之外還包含其他原子；它們僅僅記錄了烯酮的長度。

烯酮結構的另一個變化是它們可以是雙鍵或三鍵不飽和的，這取決於其碳鍵的性質。因此，我們可以談論烯酮 C_37:2 和 C_37:3。

讀者不需要詳細瞭解烯酮的有機化學，也不需要知道“不飽和”的含義；重要的是它們存在並且以不同的形式出現。

自然界中的烯酮

已知只有少數物種會產生烯酮，所有這些物種都屬於稱為甲藻的浮游生物：Gephyrocapsa oceanica 物種、Chrysotila 屬，以及最重要的數量驚人的顆石藻 Emiliania huxleyi。

這些烯酮具有兩個有用的特性。首先，它們能夠在會破壞大多數有機分子的條件下存活。因此，在已有 1.2 億年曆史的海洋沉積物中發現了烯酮。其次，不同種類的烯酮在不同溫度下會產生不同的數量。溫度與 C₃₇ 烯酮比例之間的關係由下式給出：

T = 29.41 × U^k'₃₇ - 1.15

其中 U^k'₃₇ 是 C_37:2 和 C_37:3 中的 C_37:2 的比例，而 T 是水溫（以 °C 為單位）；具體來說，由於所有產生烯酮的生物都是浮游生物，因此 T 給出了水的表面溫度。

烯酮在沉積物中的永續性意味著我們可以將它們用作古氣候替代指標。

方法的侷限性

該方法有兩個主要侷限性。首先，相關的生物不會在極地水域中生長，因此顯然無法用於指示它們的溫度。其次，該公式在非常溫暖的水中失效。因為 C₃₇ 中的 C_37:2 的比例永遠不會超過 100%，這意味著無論水的實際溫度如何，該公式永遠不會產生大於 28.3°C 的 T 值。

我們還應該提一下透過實驗發現的幾個潛在的混淆因素（參見 Prahl、Wolfe & Sparrow，烯酮古溫度計的生理影響，古海洋學，18(2)）。首先，U₃₇^k' 會因營養不足而減少；其次，它會因長時間黑暗而增加。

我們怎麼知道的？

我們可以測量海洋浮游生物中溫度與 U^k'₃₇ 之間的關係；我們還可以在受控溫度下在實驗室中培養浮游生物（例如，參見 Prahl 和 Wakeham，長鏈酮組成中不飽和度模式的校準用於古溫度評估，自然，330，367-369）。

我們能確定這種關係在過去是否一直有效嗎？這似乎是可能的：如果現在有某些原因導致在溫暖的水域中更偏愛 C_37:2，那麼為什麼在過去會不同呢？但是，如果我們知道為什麼 C_37:2 更傾向於在溫暖的水域中產生，那麼我們就可以更加自信地說出這句話。目前，生物學家尚不清楚這些甲藻為什麼要產生烯酮。在這種情況下，也許我們應該對這種生物化學替代指標比那些基於已知化學和物理機制的替代指標更持懷疑態度。

術語說明

U^k'₃₇ 中的下標和上標也可以寫成 U₃₇^k'，當上標和下標不可用時，人們會寫 Uk'37 或 U37k'。讀者希望透過執行網際網路搜尋來進一步研究主題，應該注意這種變化。