一、前言：淺論珊瑚
記得上普通地質學時老師曾提到馬廷英教授使用古代珊瑚分布的資料重訂出古
赤道，並發表了「地殼滑動」的理論，那時第一次聽說珊瑚除了觀賞、生態之外的
價值，也是引起我們寫這篇報告的主要動機。
珊瑚屬腔腸動物門中的珊瑚蟲綱，分為八放珊瑚亞綱和六放珊瑚亞綱，八放珊
瑚亞綱生活的範圍很廣從熱帶到寒帶都看得見，不形成巨大的骨骼堆積。造礁珊瑚
的生存條件要嚴格多了，首要海水年平均溫度不得低於２０，最適宜的範圍是２２
－２８，集中生活在南北回歸線間，少有超過２～３度者，其次造礁珊瑚生活於淺
海，限制於６０Ｍ以上（最深有到９０Ｍ者），最適深度是３０Ｍ，如此才有足夠
光照（供共生藻光合作用）及海浪擾動（帶來食物、帶走廢物），而且海水一定要
十分清潔，其對污染十分敏感；最適造礁珊瑚生活的鹽度是千分之３４～３６，因
此河口不會有造礁珊瑚分布。幾乎所有造礁珊瑚都有與其共生之藻類，這些藻類提
供珊瑚生長所須的碳、氮、硫，並為珊瑚添上色彩，有實驗證明，有共生藻的珊瑚
蟲比沒有共生藻或有共生藻但於黑暗中飼養的安珊瑚蟲累積骨骼的速度要快十倍以
上。
近幾年來，珊瑚成為古海洋學中很熱門的主題，這是因為珊瑚具有下列幾項
特性：１．造礁珊瑚的生長受溫度、海流、沉積物的影響，僅生活熱帶、亞熱帶
淺海，廣泛分布於南北緯２５度之間，各大洋均有其蹤跡，且標本取得容易，因
此成為研究的好材料。
２．珊瑚沉積碳酸鈣骨骼時，會抓下海水中多種二價離子大小近鈣離子的化學元
素，將這些二價陽離子大致按照在海水中的比例固定在搧瑚骨骼中，而能反應出
海水溫度、降雨量、鹽度、湧升流強度、人為污染等數種海水的情形。
３．珊瑚骨骼跟樹木一樣，會受水溫變化的影響而產生疏密間隔的輪紋，將珊瑚
骨骼作成厚一公分的切片，即可用Ｘ光照相將其生長紋照出來，以最外圍的生長
紋代表採樣的時間逐個往內推，即可得到各生長紋所代表的時間，再加上化學分
析，就可重建採樣點附近海水隨時間變化的紀錄。配合釷－鈾定年法，對一百萬
年到十萬年的化石珊瑚標本可提供誤差小於１％的分析，加上化學分析需要量小
且珊瑚生長量很快（有些達１．５cm／yr），因此可作到以月或星期為單位的超
高解析度，也就是說，連一年內的氣候變化都作得出來。
４．石珊瑚的壽命最長可以達到一千年以上，於是就可以用來建立長期的、以
月為單位的氣候紀錄，對於短週期的海洋－大氣交換作用相當重要，是其它方法難
以望其項背之處。
二、珊瑚可供分析的幾項主要特點
（一）由珊瑚生理、生態可得知的資訊
１．海平面變化曲線
因為珊瑚礁在海下零公尺處才會生長，且都發育在構造運動的安定期，，因此若在海
邊看到高出水面數公尺的珊
瑚，即可斷定這裡的海面曾經下降過（在恆春半島甚至可看到珊瑚礁海階），由珊
瑚所被抬升的高度配合定年，我們可以知道海水面上下運動的情形，但因露出海面
的珊瑚礁會遭到風化侵蝕，如此算出的海平面變化曲線有低估之虞。
２．指示當時的海水環境
軟珊瑚須要較強的水流來促進新陳代謝，因此軟珊瑚骨針岩的出現標示出淺水
且水流能量較強的環靜，此外，鹿角珊瑚也常生活在水流強勁的淺水。藍珊瑚（一
種八放珊瑚，為目前恆春半島覆蓋率最高的珊瑚，有表覆型、長分枝狀、板葉狀、
微環礁狀）因為在適宜環境下的競爭力弱，但適應範圍較大，故當藍珊瑚量出現時，表環
境為淺水
且沉積物多的區域；樹枝狀藍珊瑚相和大形型口杯石珊瑚相指示濁水環境。桌狀微
孔珊瑚相、微環礁藍珊瑚相（頂部為最低海潮線）、微裙礁狀石珊瑚相可指示海平面。珊
瑚的幼蟲會選
擇底棲岩的岩性，故只有在石灰岩或生長於其它岩類上的的珊瑚藻上固著造礁。
３．指示特殊天候
如果珊瑚碎塊有的為次角形、次圓形，而表面嚴重磨損，且具粒級層極少或無
生物蛀蝕與藻類包裹顆粒，很可能是在風暴環境（颱風）下形成的。如果礁石中沉
積１mm以下細粒沉積物的陸源沉積比例高於３０％，可能為洪水所致。
（二）定年
一般對珊瑚礁採碳十四法或釷－鈾法。碳十四法是利用地球大氣會因紫外光照
射而產生碳十四而使碳十四量大致固定的原理，但因為碳十四的在大氣中的含量實
際上是有變化的，且碳十四的半衰期是五千年，最遠可定到七萬五千年的時代，其
後的時間空缺正好可由釷－鈾法來彌補。因為海中的鈾相對比釷的含量要多（鈾會
因衰變破壞晶格而從晶格中跑出來，且可生成Ｕ6+溶於水中，而釷親顆粒，很快就
跑到沉積物中，因此仔海水中的量微乎其微），珊瑚生成的骨骼中應不含釷，但釷
為鈾衰變的一個系列產物，因此我們可以測定一個珊瑚樣本中的230Th/234U來確定
它的年紀。此種方法十分穩定，但必需嚴格要求所採的珊瑚標本為霰石結晶，沒有
置換為方解石，否則結果完全不可採信；可以使用Feigle's Solution滴在標本上
，十分鐘後變黑的為霰石，不變色的是方解石。或使用Ｘ光繞射的方法比對不同比
例的霰石／方解石粉末以求珊瑚標本霰石含量，再取高霰石量的標本測定。
附：INS的鈾系原素分析法
1.切除不可用部份，清洗、烤乾、研磨，並用Ｘ光繞射分析確定可用。
2.400真空燒烤除去有機質，加6.4N HNO3溶解標本。
3.不可溶部份丟棄，可溶部份加入示蹤劑、Fe載體及NH3，共沉澱。
4.加HNO3溶解沉澱，加入HNO3、HF、HClO4。
5.燻蒸HClO4，加入B2O3，電鍍Po，再加入HNO3。
6.通過保持70的陽離子交換樹脂。
7.第四管加入2.5M HCl再加入NH4OH共沉澱。
8.加入H2SO4，通過陰離子交換樹脂得Ｕ，加入10.0M H2SO4。
9.加氫氧化鈉電鍍，將所得不鏽鋼板置入粒子探測器測量。
10.通過陽離子樹脂的第六管加入2.0M H2SO4 燻蒸HNO3，稀釋。
11.加氫氧化鈉電鍍，將所得不鏽鋼板置入粒子探測器中計數。
12.結果須扣減只加示蹤劑的空白實驗。
（三）碳氧同位素
珊瑚骨骼之氧同位素值可反映出其生長環境周遭的海水溫度及氧同位素值的合
成效應。對生物造成的碳酸鹽而言，當其與海水呈平衡反應時，其周遭海水的溫度
上升攝氏１度，會使其氧同位值下降０．２２（千分比）。然而對於珊瑚而言，因
骨骼中的氧同位素值還會受到珊瑚自己的生理效應影響，如造礁珊瑚石珊瑚目中氧
同位素量和珊瑚生長時與海水達同位素平衡下應有的氧同位素量有顯著不同，且珊
瑚中氧同位素含量要較無機碳酸鈣沉澱氧同位素來得輕，如Ａｃｒｏｐｏｒａ在攝
氏２６度下與海水達到同位素平衡下氧同位素約輕１．８（千分比）。而使其比海
水的氧同位素值低，但這種偏低的效應對於同一種屬的珊瑚而言是個定值，但是在
採樣時必須沿著珊瑚最快生長進行。
影響碳氧同位素的因素有：１．成岩作用，使得霰石轉變為方解石。２．其他
有機體之殼體參雜於其中。３．熱液置換作用。４．其他因素如周圍海水性質、溫
度梯度等，在某些特別地區，由於蒸發事件、降雨、或河水注入，可能會造成氧同
位素值的顯著變化。
珊瑚成長時碳氧同位素來源可分為無機和有機來源，光合作用固定１２Ｃ而遺
留１３Ｃ於骨骼中，所以光合作用速率增加將使珊瑚骨骼中碳同位素含量較多，理
論上光合作用對氧同位素影響較少；呼吸作用將使碳氧同位素趨於較的比空值，因
此光合作用和呼吸作用將時影響珊瑚之碳氧同位素含量，而珊瑚之成長最適之溫度
在攝氏２７～２９度之間，此時吸作用優於光合作用。鹽度光度及沉積作用會影響
珊瑚之成長率及成分，當然地理位置不同，溫度對光合作用呼吸作用比值之影響會
稍有差異。珊瑚攝取浮游性動物，一般的異營性生物骨骼中的碳同位素值應和它的
食物相似，但珊瑚並非如此，珊瑚之碳同位素可能一大部份源於共生藻而留下更重
的碳同位素；當光合作用大於呼吸作用時，只要珊瑚生長愈快，就會因新陳代謝而
排除較輕的二氧化碳，當珊瑚接收更多的HCO3-時使瑚骨骼中碳同位素合量變重。
會使珊瑚骨骼中碳同位素含量變重。珊瑚中碳同位素含量的多少，可作為珊瑚新陳
代謝作用及其與共生藻關係之指標，而造礁珊瑚生長溫度範圍較窄，其碳氧同位素
亦侷限於較窄範圍。
影響瑚骨骼之碳同位素值之因素很多，略分三類。１．水本身的碳同位素值。海
水的碳同位素值受控於局地區的初級生產量和呼吸作用的平衡、海洋和大氣的交換
、表水和湧升流的分配比例等。２．珊瑚標本的幾何形狀和生長率。所造成的碳同
位素變化，可採用沿著最大長軸採樣的方式，將此變化減致最少。３．珊瑚體內共
生藻的光合作用。珊瑚體內共生藻的光合作用主要受到周圍環境的光度影響，而光
度又受珊瑚生長的深度、日射量、及水體的混濁度控制。在一些地區，珊瑚骨骼的
碳同位素值隨其生長深度遞減，表示其隨入射光度遞減而減少。而日射量又隨季節
、日照時數、日光入射角度、日光輻射強度、及雲層覆蓋程度而所變、在某些地區
，珊瑚骨骼的碳同位素記錄和雲層覆蓋程度變化呈高度相關。在很多地區，日射量
變化和珊瑚骨骼的碳同位素值呈同相係，相反，有些生於淺水的珊瑚因接收過量日
光而水生日、化光抑制效應而減低了其光合作用，造成與深水珊瑚完全相反的碳同
位素信號。
（四）其它微量化學元素
除了同位素外，一些化學物質含量比也有紀錄環境的作用，不過我們還是要先
確定珊瑚中的霰石沒有變質，故要用Ｘ光繞射法量測霰石含量，再用原子吸收光譜
儀測出各種物質在樣本中的量。另外，使用此種方法的生物種間差異較大，甚至大
到可以作為區別種屬的程度，是分析時必須注意的。
１．和溫度有關者
（１）鍶／鈣元素比值法：1979年已由史密斯等人發展出來，理論上珊瑚骨骼
內鍶／鈣比值是由海水鍶／鈣比和霰石、海水間的鍶／鈣分配係數所控制（分配係
數即）；由於分配係數隨著海水溫度改變，而海水中鍶／鈣比在近十萬年內相當穩
定，故鍶／鈣為一項很好的古海水溫度指標。現在我們使用質譜儀來測量的鍶／鈣
比，可以精確到0.05，準確到0.5，而且不受南北極冰帽體積大小影響，所以若與
氧同位素值並用，可得知冰帽體積的變化或古海水面可能的暴雨和蒸發事件。鍶
／鈣和溫度成反比關係。另外，在臺灣地區珊瑚中微量元素鍶的分布係數大於一，也就是
說，鍶比鈣較優先進入晶格。要注意的是，一定要沿著最大生長軸取樣。
（２）鎂／鈣比和鈉／鈣比：我們已知溫度和氧18同位素值成反比，以18O為溫度
指標，化學成份測量結果和18O作圖，得知鎂和鈉的含量和溫度成正比關係。珊瑚
鎂／鈣比要比海水中的少９９．９％，表示鎂並不容易存於珊瑚骨骼中，但珊瑚死
後，鎂就很容易經熱液作用置換調鈣或鍶，當超過10-2時，方解石含量已過大，應
注意。
２．和湧升流有關者
（１）鎘／鈣比值法、鋇／鈣比值法：鎘離子在海水中有類似營養鹽的性質，它會被海中
生物所
吸收利用，因此深層海水中鎘的含量較表層海水為高，於是湧升流加強時表層海水的
鎘／鈣比就會增大，而被紀錄在珊瑚的骨骼中，所以分析珊瑚中的鎘／鈣就能知道
湧升流的變化情形。鋇離子在海中的分布和鎘離子類似，故亦可供作湧升流強度變化的指
標。
（２）錳／鈣比值法：錳離子和鋇、鎘離子正好相反，表層含量多而深層含量少，
並隨著海水深度增加而遞減，因此亦能用作湧升流指標，只是湧升流越強，錳／鈣
比越小，正好和鋇、鎘的情形相反。
三、結論
珊瑚的種類繁多，生活形態各異，僅是將生態方面的知識和化石紀錄配合就可
以得到不少古環境的資料，再加上化學分析方法，更可精準地描繪出從前的天候變
化情形，無怪乎各論文集、期刊中都有許多關於珊瑚的研究，尤其是恆春半島的海
進海退情形被研究得最多（有海階，目前已知全新世有一次大海進，之後恆春半
島始終處於海退的時期）。在我們所找到的資料裡，已證明氧同位素值、鍶／鈣比
值法在臺灣的適用性很高，表示這個方向有很強的發展潛力。不過我們不能忘記
一些還是存在的問題，比方說影響各種物質的分配係數的因素常不只一個，我們必
須加以考慮；計算湧升流大小時必須考慮當時的海水中物質分布是否和我們的數值
模式符合？在引用別的區域的模式時是不是該作一些修正？．．．．．．等等
，正是我們目前所面對而待解決的問題。
四、參考資料
1.無脊椎動物學 任淑仙著 淑馨出版社 1995/7 1刷 P158-174
2.古海洋學上課講義
3.台灣地區珊瑚碳氧同位素及微量元素之研究 / 陳國琨[撰] 民74[1985] 台大海研碩論
( Thu Jun 5 00:31:07 1997發表於精靈之城，個人著作，轉載請註明出處！)
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