穩定碳氧同位素Stable Carbon and Oxygen Isotopes

　　碳酸鹽是地表環境常見的礦物（如石灰岩、白雲岩及石筍等），也是許多生物骨骼的重要成分（如貝類、有孔蟲及珊瑚等）。不論碳酸鹽形成時，是經由無機的沉澱過程，或是有機的分泌造成，其中的穩定碳氧同位素組成，會在形成礦物時記錄當時的母液同位素組成、溫度與環境條件，因此成為研究古氣候及古環境課題的有力工具。

　　早在1947年，諾貝爾化學獎得主哈羅德﹒尤里（Harold C. Urey）教授就從理論的觀點，提出碳酸鹽礦物的氧同位素組成可以記錄形成時的溫度，是一個極為難得的天然地質溫度計。

　　質譜儀的分析技術在1950年代初期有了突破性的發展，使得尤里教授的理論猜測獲得實驗的證實，也開啟了碳氧穩定同位素研究新的里程碑。氧同位素組成的溫度方程式最先是由加州理工學院的山謬爾﹒艾普斯坦（Samuel S. Epstein）領導的團隊在海洋碳酸鈣質有孔蟲殼體的分析結果推導出來，接著由邁阿密大學的凱撒﹒米利阿尼（Cesare Emiliani）教授應用同樣的分析技術到深海的有孔蟲殼體化石，獲得前所未見的海洋溫度與氧同位素組成變化紀錄，建立深海沉積物的氧同位素地層學，為第四紀的冰期與間冰期的演進史，帶來革命性的嶄新觀念與看法。
在同一時間，水樣標本的氧同位素分析技術也同步大幅發展，開拓了新的同位素水文學。由於碳酸鹽礦物都是在含水的環境裡形成，水樣標本的氧同位素測定，配合碳酸鈣質化石的氧同位素的分析，給古氣候及古環境的詮釋帶來極佳的助益，減少許多不確定的因素。

　　除了氧同位素研究有許多重要的突破，碳同位素的分析方法也不斷更新改進。由於碳同位素在自然界的循環牽涉到複雜的生物及光合作用，影響的因素相對複雜許多，例如：溶解性的無機碳、光合作用類型、環境的氧化還原程度、水體的pH值及大氣的二氧化碳分壓等。因此，數據的解釋相對難度也較大，但是卻能獲得許多環境方面的重要資訊。

　　因此，將碳酸鹽礦物的氧同位素及碳同位素組成結合在一起，就好比帶上一副3D的眼鏡，可以觀察到碳酸鹽礦物形成時的條件，甚至形成後的演變過程，是一般其他工具觀察不到的。所以，分析碳酸鹽礦物的碳氧同位素組成，不但可以應用到任何地質年代的碳酸鹽礦物，並成為目前地球科學相關研究不可或缺的基本項目。