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地質地球所證明陸生蝸牛殼體團簇同位素組成可以作爲生物碳酸鹽古溫度計

文章來源:地質與地球物理研究所   發布時間:2019-07-11  【字號:     】  

  陸生蝸牛化石被認爲是古氣候、古環境的指示性動物,其殼體碳酸鹽穩定同位素組成蘊藏著豐富的古氣候、古環境與古植被信息。碳酸鹽團簇同位素(2個及2個以上的重同位素結合在一起形成的同位素體,度量指標爲△47)由于與碳酸鹽沈澱溫度具有唯一的相關關系,而被作爲一種新型地質溫度計提出,並在古溫度研究及其相關領域得到廣泛應用。雖然一些研究者對世界範圍內不同種類陸生蝸牛殼體進行了團簇同位素研究,但其能否代表蝸牛殼體沈澱時的環境溫度尚且存在較大爭議。因此,在同一氣候系統下選擇較大的空間範圍,進行陸生蝸牛團簇同位素與環境溫度關系的研究,成爲解決問題的有效途徑。

  中國科學院地質與地球物理研究所新生代地质与环境重点实验室博士研究生翟吉璇,在副研究员王旭的指导下,在中国从南到北共计68個研究點采集了現生蝸牛,其中包括64個地點的巴蝸牛和24個地點的華蝸牛,分析並獲得177個蝸牛殼體團簇同位素數據,對47與環境溫度的關系進行了系統研究。主要結論如下:

  1)雖然蝸牛殼體團簇同位素溫度(T47)和年均溫(MAT)沒有相關性,但是兩者差值(T47-MAT)與年均溫(MAT)卻存在負相關關系。這可能表明在溫度較低的地方,蝸牛會選擇在溫度較高的月份進行活動並分泌殼體。通過對數據的系統分析,最終確定以年均溫1020爲界,將蝸牛的生長季劃分爲三類:當MAT <10時,蝸牛生長季爲夏季(6-8月);當MAT 1020之間,蝸牛生長季擴展至整個溫暖月份(4-10月);當MAT >20時,蝸牛全年生長。由此,發現T47和生長季節溫度有很好的正相關性(圖1),並給出47與蝸牛生長季節平均溫度的轉換方程分別爲:巴蝸牛47 =0.0513 ± 0.0036× 106/T2 + 0.0930 ± 0.0413),R2=0.9360華蝸牛47=0.0552±0.0111× 106/T2 + 0.0351 ± 0.1293),R2=0.8036。其中,T爲開爾文溫度(圖2)。

  2)在對18个地点同时出现的巴蝸牛与華蝸牛进行分析之后,发现華蝸牛的团簇同位素温度要比巴蝸牛高出3.36±1.53 ℃(圖1),表明兩個種屬之間可能存在生態習性的差別。由此,在利用蝸牛化石殼體團簇同位素進行古溫度重建時,應盡量選擇與其種屬相同的蝸牛47溫度轉換方程。

  3)通過蝸牛團簇同位素溫度和殼體碳酸鹽氧同位素計算出了蝸牛體液氧同位素組成(δ18OBW),发现北方地区的巴蝸牛体液氧同位素具有重建其生长季节大气降雨氧同位素(δ18OP-GS)的潛力(圖3b),但是華蝸牛没有明显的规律(圖3a)。

  4)利用本文建立的華蝸牛47温度转换方程,对前人获得的黄土高原蒲县现生華蝸牛和末次盛冰期華蝸牛团簇同位素进行了重新解译,计算得到现生華蝸牛团簇同位素温度为23.3±1.5,與當地氣象站點觀測的夏季溫度(23.3±1.1 )十分一致。重建的末次盛冰期夏季溫度爲16.2±1.9,與該時期土壤鈣結核團簇同位素溫度17.2±2.0 ℃相當。這些結果證明了蝸牛團簇同位素溫度轉換方程的可靠性。

  该研究通过对中国较大空间范围的巴蝸牛和華蝸牛进行分析,证明了陆生蝸牛殼體团簇同位素组成可以作为生物碳酸盐古温度计,为应用蝸牛殼體化石进行古温度重建奠定了基础。

  研究結果發表于Geochimica et Cosmochimica Acta

    論文链接

 

圖1 巴蝸牛、華蝸牛壳体T47和生長季溫度的關系 

 

圖2 蝸牛殼體47和生長季溫度(T)的轉換方程及其與前人溫度方程的對比 

 

  圖3 a)巴蝸牛、華蝸牛体液氧同位素(δ18OBW)和蝸牛生長季降雨氧同位素(δ18OP-GS)的關系;(b)中国南方和北方巴蝸牛δ18OBWδ18OP-GS的關系 




(責任編輯:葉瑞優)

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