最核心、应用最广泛的古温度代用指标。它能够揭示古代（特别是过去数百年到数十万年）海洋表层水温的变化，其原理和应用如下：
核心原理：氧同位素分馏与温度的关系
珊瑚骨骼的形成： 珊瑚虫从周围海水中吸收钙离子（Ca²⁺）和碳酸根离子（CO₃²⁻），在其体内分泌形成文石（一种碳酸钙矿物）骨骼。这个生物矿化过程会记录下当时海水环境的化学信息。
氧同位素分馏： 氧元素有三种稳定同位素：¹⁶O（最常见，占99.76%）、¹⁷O（微量）和¹⁸O（约占0.20%）。在碳酸钙形成过程中，较重的¹⁸O相对于较轻的¹⁶O，进入碳酸钙晶格的倾向性会
随温度变化。
温度依赖关系： 这是一个
物理化学平衡过程：
- 低温： 当海水温度较低时，重同位素（¹⁸O）更容易结合到碳酸钙晶格中。珊瑚骨骼的δ¹⁸O值偏重（正值更大）。
- 高温： 当海水温度较高时，分馏作用减弱，重同位素进入晶格的倾向降低。珊瑚骨骼的δ¹⁸O值偏轻（负值更大或正值更小）。
厄奎斯特方程： 这种温度与δ¹⁸O之间的定量关系通常由经验公式描述，最著名的是厄奎斯特方程或其变体：
T (°C) = A - B * (δ¹⁸O_coral - δ¹⁸O_water)
- T：海水温度（摄氏度）
- δ¹⁸O_coral：珊瑚骨骼碳酸钙的氧同位素比值（相对于标准VPDB或VSMOW）。
- δ¹⁸O_water：珊瑚生长时周围海水的氧同位素比值（相对于标准VSMOW）。这是关键点，因为海水δ¹⁸O本身也会变化。
- A 和 B：通过实验室培养或与器测温度记录对比得到的经验常数（B通常在4.0到4.8之间，代表温度灵敏度）。
为什么珊瑚是优秀的古温度计？
高生长速率： 许多造礁珊瑚生长迅速（每年几毫米到几厘米），形成清晰的年生长纹层甚至月纹层。
高分辨率： 通过精细取样（如微钻或激光烧蚀），可以获取
季节性甚至月度分辨率的古温度记录。这是其他许多地质载体（如深海岩芯、冰芯）难以比拟的。
连续性好： 活珊瑚可以提供最近数百年的连续记录，而化石珊瑚则可以扩展到更古老的地质时期。
明确的地理位置： 珊瑚生长在特定的浅海区域，记录的是
表层海水温度。
多代理指标： 除了δ¹⁸O，珊瑚骨骼还记录其他与温度相关的指标（如Sr/Ca比值），可以相互验证，提高温度重建的可靠性。
实际应用与解读
获取珊瑚δ¹⁸O： 在实验室中对珊瑚骨骼样品（通常沿生长轴钻取粉末或微米级样品）进行化学处理和质谱分析，得到其δ¹⁸O值。
挑战：海水δ¹⁸O的影响：- 海水δ¹⁸O并非恒定不变。它主要受盐度影响（淡水输入多，δ¹⁸O偏轻；蒸发强烈，δ¹⁸O偏重），也受全球冰量变化影响（冰期时大量¹⁶O被封存在冰盖中，海水δ¹⁸O偏重）。
- 这是解读珊瑚δ¹⁸O作为纯温度指标的最大挑战。 珊瑚骨骼δ¹⁸O的变化是海水温度变化和海水δ¹⁸O变化（主要反映盐度/水文变化）的综合反映。
解决海水δ¹⁸O问题的方法：- 结合其他温度代用指标： 最常用的是锶钙比值（Sr/Ca）。珊瑚骨骼中的Sr/Ca比值已被证明主要受温度控制，几乎不受海水δ¹⁸O（盐度）影响。将珊瑚δ¹⁸O记录与同一样品的Sr/Ca记录结合分析，可以分离出温度和盐度/水文的各自变化信号。
- 区域现代校准： 在珊瑚生长区域建立器测温度、海水盐度（δ¹⁸O_water）与珊瑚δ¹⁸O、Sr/Ca之间的定量关系。
- 水文模型： 利用已知的气候背景信息或模型估算历史时期的海水δ¹⁸O变化（对于较长时间尺度，如冰期-间冰期旋回，海水δ¹⁸O变化主要由冰量驱动，相对容易估算）。
重建的信息：- 年际-年代际变率： 如厄尔尼诺-南方涛动、太平洋年代际振荡等对区域海温的影响。
- 季节变化： 古代季节性的强度和模式。
- 长期趋势： 工业革命以来的变暖趋势，过去数百年或数千年内自然气候变率（如中世纪气候异常期、小冰期）。
- 更长时间尺度： 利用化石珊瑚重建冰期-间冰期的海温变化（需特别考虑冰量变化对全球海水δ¹⁸O的影响）。
- 极端事件： 历史上的极端高温事件（如海洋热浪）。
优势与局限性
- 优势：
- 提供高分辨率（季节-年）的过去海温直接记录。
- 空间定位明确（热带-亚热带浅海）。
- 时间跨度灵活（数百年至数十万年）。
- 可结合多种指标（δ¹⁸O, Sr/Ca, δ¹³C, U/Ca等）进行多参数重建。
- 局限性：
- 海水δ¹⁸O（盐度）的干扰： 这是最大的挑战，需要谨慎处理（依赖Sr/Ca等）。
- “生命效应”： 珊瑚的生理过程（如共生藻光合作用、钙化速率）可能轻微影响同位素分馏，需通过校准理解。
- 成岩作用： 化石珊瑚骨骼可能经历溶解、再沉淀等作用，改变原始化学信号，需要筛选保存良好的样品。
- 空间覆盖： 主要局限于热带-亚热带造礁珊瑚分布区。
- 时间连续性： 单株珊瑚寿命有限，需要多株珊瑚拼接才能获得更长时间序列。
总结
珊瑚骨骼碳酸钙的氧同位素（δ¹⁸O）是揭示古代海洋表层水温变化的强大工具，其核心原理是基于碳酸钙沉淀过程中氧同位素分馏对温度的物理化学响应。通过精细采样和分析，可以获得高分辨率（季节-年）的温度变化历史。然而，海水本身δ¹⁸O（主要受盐度影响）的变化会叠加在温度信号上。为了准确重建古温度，必须结合其他几乎不受盐度影响的指标（如Sr/Ca比值）进行多代理分析，或利用区域校准和水文模型来校正海水δ¹⁸O的影响。尽管存在挑战，珊瑚记录为我们理解过去数百至数十万年间的气候变率（如ENSO、PDO、长期变暖趋势、冰期-间冰期旋回）提供了不可替代的、高分辨率的信息。
