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サンゴ骨格の年輪の密度やその幅についても、これらを使って、過去の海洋環境を復元しようという研究が行われてきた。しかし、高密度と低密度の部分が一対で「年」輪となっていることは確認されているものの、高密度バンドが、高水温期に形成されるという報告と、その逆に低水温期に形成されるという、全く反対の報告がある。

さらに、同じ場所から採取した二つのサンゴ群体が、異なったパターンを示すこともある。樹木の年輪の場合には、密な部分は成長が低下する冬期に形成される。
これに対して、サンゴの骨格の形成メカニズムは複雑であり、密度バンドの計測から気候を復元することは、現時点ではむずかしいと考えられている。酸素同位体温度計位体比が、過去の水温の推定に有用であることをはじめて指摘したのは、ノーベル化学賞受賞者のUである。
彼らは、南カロライナ州の白亜系ピーディー層から産出した、ベレムナイト化石の成長線に沿って酸素同位体比を分析し、その個体は四回の冬を生き抜いて次の春に死亡したこと、そして、当時の平均水温は一七・六℃で、年較差は六℃であったことをあきらかにした。この研究で用いられた「酸素同位体温度計」という手法が、その後の海洋科学や地球科学の発展に与えた影響は測りしれない。
「酸素同位体温度計」は、原理的には、炭酸塩が生成する際、海水と炭酸塩の間の酸素の同位体分別効果が、温度依存性をもつことを利用したものである。 Eらは、恒温水槽や水温既知の沿岸海域から得られた海産貝類の殻を用いて、次の関係式を報告している。
ここで、αと/ｍｌは、それぞれ炭酸塩と海水の酸素同位体比である。試料の同位体比をあらわすために、標そこで注目されたのが、サンゴ骨格の同位体比や微量成分などの化学的指標である。
特に炭酸カルシウム骨格の酸素同位体比は、骨格形成時の水温の指標として多くの研究が行われてきた。貝類などの炭酸塩骨格の酸素同バーデキン川の過去337年間にわたる流量変動線グラフは30年の平滑化を施したもの。
準物質の同位体比との千分偏差を用いる表記法が用いられ、式で定義される。ここで、滝は炭酸塩試料の酸素同位体比であり、ａはＰＤＢと略記される標準試料の酸素同位体比である。
酸素同位体温度計をサンゴに適用する際には、まず炭酸カルシウムの結晶形の違いが問題になる。式をはじめ、初期の研究は方解石（カルサイト）についてのものであったが、サンゴ骨格はあられ石（アラゴナイト）からなる。
結晶形の違いは、同位体平衡にも影響を与えることが予想され、実際、無機合成したあられ石や、沿岸海域から採取した二枚貝のあられ石殻は、方解石よりも二五℃において○・六/ｍｌだけ、酸素の同位体比が重い。あられ石の生物殻に適用すべき、酸素同位体温度計の関係式として、グロスマンらにより次の式が提示されたさて、サンゴ骨格でも式の関係が成立しているだろうか？もし成立していれば、サンゴ骨格を古水温計として使うことができる。
サンゴ骨格の酸素同位体比の温度依存性は、方解石とほぼ同様で、○マイクロメートル間隔で採取された試料について四試料ごとに同位体比が分析された。全長七六ミリメートルにわたる同位体比曲線は、一九八六年春より、海水温記録と比較すると、一九八七から一九八八年の冬期の高水温状態などが、サンゴ記録によくあらわれている。

一方、サンゴ骨格の炭素同位体比には全示天日射量と対応した変化が見られており、過去の日射量のよい指標となる可能性がある。骨格と海水の酸素同位体比の差あられ石のサンゴ骨格も良好な古水温計となることを示す。
ただし、サンゴ骨格の同位体比は、無機合成されたあられ石や、有孔虫や貝類のあられ石殻から得られた平衡値よりも、二五℃において三・四から三・七/ｍｌほど軽い値を示している。このような平衡からのズレについては、ユーリーによって生物的影響と名付けられ、いくつかの生物群に存在することが報告されている。
琉球列島石垣島から採取された、ハマサンゴ骨格の酸素同位体比の分析結果を見てみよう。二〇熱帯太平洋域では、一般に水温の季節変化が小さく、降水や湧昇による海水の酸素同位体組成の変化が相対的に大きい。
このような海域から得られたサンゴ年輪の酸素同位体比は、単純な温度指標としては使えない。他の研究による回帰式も示されている。
水温（℃）世界各地での観測記録は、過去一○○年間で全球平均気温が○・六℃増加し、平均海面が一八センチメートル上昇していていることを示している。一九七○年代以降、太平洋では、エル・ニーニョの発生頻度が増加する傾向が認められている。
また、一九九○年から一九九五年にかけて、エル・ニーニョ状態が、この濃度比が温度指標として用いられる。海水中のストロンチウムとカルシウムの滞留時間は、ともに一○○万年以上と十分長いため、海水中のストロンチウム／カルシウム比は、全海洋で均一であると予想される。
そして、骨格のストロンチウム／カルシウム比は、海水の塩分への依存性が小さく、ほぼ水温のみに依存する指標と考えられている。ストロンチウム／カルシウム比温度計の推定精度は、分析の再現性を考慮して十一・三℃とされている。

地球環境の変化は現実のものとなりつつある。この危機感を背景に、気候変動システムの解明をめざして、赤道太平洋域を中心にＴＯＧＡｌＴＡＯブイや、人工衛星による表層水温観測をはじめとする、総合的な観測体制が近年強化されている。
しかし、一○○年スケールの気候変化が、人為的な二酸化炭素の放出にともなう温暖化現象の一環であるのか、あるいは自然の長期的な変動現象の一部であるのかを、短期間の観測データから判断することはむずかしい。観測体制が整備される以前のエル・ニーニョ／南方振動現象の研究は、船舶による水温観測データを用いることになる。
水温の記録は一八五○年代までさかのぼるものの、精度の高いものは最近の五○年間ほどに限られる。それ以前の変動現象の研究には、南方振動指数（ＳＯＩ）が有用である。
南方振動は、インドネシア付近と赤道南太平洋の気圧にみられる現象であって、オーストラリア北部のダーウィンの気圧と、南太平洋のタヒチの気圧が逆相関するという特徴をもつ。タヒチの気圧からダーウィンの値を差し引いた、南方変動指数の偏差が、数か月にわたり負の値をとると、エル・ニーニョがおきている。
サンゴ記録はガラパゴス島のものを示した位体を軽い方向にシフトさせる。水温の上昇も、骨格の酸素同位体比を軽くする方向に作用するので、降雨による塩分の低下と水温の上昇は、サンゴの酸素同位体比記録からは区別がつかない。
しかし、都合のよいことに、熱帯域のエル・ニーニョ／南方振動現象は、高温多雨と低温小雨とがくり返す特徴を有しており、水温上昇と塩分の低下が未分離の状態でも、エル・ニーニョのシグナルとして、骨格の酸素同位体比は有用である。まず、サンゴ記録の長期的な変化傾向について検討しよう。
多くの地点で酸素同位体比が低下していく傾向が見られる。これは、比較的赤道から離れて位置するフィリピンや、グレートバリアリーフから採取されたサンゴで明瞭であり、水温が上昇するか、あるいは降水量が増加していることになる。

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