分子地层学的应用领域

分子地层学的应用领域非常广泛，这里只介绍在揭示生物面貌、重塑古环境、示踪过去全球变化及确定地质年代等几个方面的应用。

17.3.1　揭示生物面貌

前面内容已经介绍了很多特征性的分子化石，如果在地层中找到了此类分子化石，我们就可以推断沉积时有哪些生物存在。例如，Xie et al．(2005)研究了二叠纪－三叠纪界线“金钉子”煤山剖面的2－甲基藿烷(蓝细菌的特征标志物)。2－甲基藿烷指数(2－MHP)显示出，在界线附近，蓝细菌出现了两次繁盛，对应着宏体生物的两次低值。这揭示出，在生物危机时期，处在生态系统不同生态位的微生物与宏体生物存在耦合关系。

在揭示生物面貌方面，特别需要提及的是在早期生命演化领域的应用。在地球生命演化的早期，宏体生物尚未出现，而微生物又难以保存为化石。在这种情况下，分子化石可以作为一种重要的工具，提供一些重要微生物类群的首次出现时间。例如，Ventura et al．(2007)从2．707～2．685Ga的变质岩中检测到古菌的特征分子化石(有环与无环的双植烷，以及它们的降解产物)。Brocks et al．(2005)从澳大利亚1．64Ga年前的地层中检测出绿硫细菌和紫硫细菌的标志物。有关分子化石在地球早期生命演化方面的更多应用，请参考Brocks＆Pearson(2005)、Walters et al．(2010)、谢树成等(2012)。

17.3.2　重塑古环境，示踪过去全球变化

分子化石用途最广泛的领域是在分析沉积环境及气候条件的变化上。例如，无环类异戊二烯烷烃中的姥鲛烷(Pr)和植烷(Ph)的比值(Pr/Ph)一直被用来指示沉积环境的氧化还原条件。不过，需要注意的是，该比值还受成熟度、盐度、生物种类的影响。2－烷基三甲基苯类化合物的比值AIR(短链C13 C17化合物与长链C18 C22化合物的比值)也能用来指示环境的氧化还原条件。短链和长链化合物有着相同的来源，在氧化条件下以短链为主，而在还原条件下以长链为主(Schwark et al．，2002)。C30—C35升藿烷的分布情况也与沉积环境的氧化还原条件有关，其中比较有用的指标是C35/(C31+C32+C33+C34+C35)(即C35升藿烷指数)的比值，高值对应于较强的还原条件(Peters et al．，1993)。高的伽马蜡烷/藿烷比值(伽马蜡烷指数)与强还原、高盐度的环境有关。奥利烷/C30藿烷比值(即奥利烷指数)用来指示沉积相(陆相或海相)的变化。重排甾烷/规则甾烷的比值变化可区分出碳酸盐岩(低比值)和碎屑岩(高比值)。

在全球性事件研究上，比较典型的例子有:利用多环芳烃的分布特征恢复过去地球历史上所发生的全球性火灾事件(Venkatesan＆Dahl，1989;Shen et al．，2011);利用分子化石及其同位素特征探讨甲烷释放事件(Hinrichs et al．，2003;Pancost et al．，2007);利用烷基三甲基苯类化合物的含量变化讨论H2 S富集事件与生物灭绝之间的关系(Grice et al．，2005;黄咸雨等，2007)。

近些年来，由于仪器技术的发展，分子化石在第四纪古气候重建方面取得了长足的进步，突出的表现在建立了多种古温度计和古水文指标(谢树成等，2013)。分子化石古温度指标中最经典的是基于烯酮的Uk37(Brassell etal．，1986;Prahl＆Wakeham，1987)、基于古菌GDGTs的TEX86(Schouten et al．，2002)以及基于细菌GDGTs的MBT(Weijers et al．，2007)。在古水文方面，比较常用的是分子化石的单体氢同位素(Sachse et al．，2012)、新近建立的古菌与细菌GDGTs比值(Ri/b;Xie et al．，2012)以及藿类通量(Xie et al．，2013)。

17.3.3　确定地质年代

在地质年代的确定上，分子化石难以像实体化石那样有很好的作为。比较有意义的是利用氨基酸的消旋性来测定地质体的年龄。活体生物中的氨基酸除甘氨酸外，都以L构型存在。生物死亡后，L构型氨基酸向D构型转化，这种转化过程被称之为氨基酸的外消旋作用(racemization)。氨基酸的外消旋作用受控于温度和时间两个因素。如果温度恒定，就可以根据D型氨基的相对比例来确定生物死亡的时间。此种方法的测年范围为几年到几万年。

另外，一些大的生物事件的发生往往伴有特征性的分子化石的出现，据此可以判断大致的地质年代，例如与被子植物有关的一些萜类化合物的出现(Moldwan et al．，1994)等。特别值得一提的是，人们已开始尝试测定单个分子化石的14 C年龄，并与传统的总有机质的14 C年龄进行比较，以确定哪个年龄更加可靠。这种分子化石既可以是脂类(Ingalls＆Pearson，2005)，也可以是古蛋白质(Boaretto et al．，2009)，甚至单种氨基酸(Marom et al．，2012)。