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地质地球所证明陆生蜗牛壳体团簇同位素组成可以作为生物碳酸盐古温度计

2019-07-11 地质与地球物理研究所
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  陆生蜗牛化石被认为是古气候、古环境的指示性动物,其壳体碳酸盐稳定同位素组成蕴藏着丰富的古气候、古环境与古植被信息。碳酸盐团簇同位素(2个及2个以上的重同位素结合在一起形成的同位素体,度量指标为△47)由于与碳酸盐沉淀温度具有唯一的相关关系,而被作为一种新型地质温度计提出,并在古温度研究及其相关领域得到广泛应用。虽然一些研究者对世界范围内不同种类陆生蜗牛壳体进行了团簇同位素研究,但其能否代表蜗牛壳体沉淀时的环境温度尚且存在较大争议。因此,在同一气候系统下选择较大的空间范围,进行陆生蜗牛团簇同位素与环境温度关系的研究,成为解决问题的有效途径。

  中国科学院地质与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个研究点采集了现生蜗牛,其中包括64个地点的巴蜗牛和24个地点的华蜗牛,分析并获得177个蜗牛壳体团簇同位素数据,对47与环境温度的关系进行了系统研究。主要结论如下:

  1)虽然蜗牛壳体团簇同位素温度(T47)和年均温(MAT)没有相关性,但是两者差值(T47-MAT)与年均温(MAT)却存在负相关关系。这可能表明在温度较低的地方,蜗牛会选择在温度较高的月份进行活动并分泌壳体。通过对数据的系统分析,最终确定以年均温1020为界,将蜗牛的生长季划分为三类:当MAT <10时,蜗牛生长季为夏季(6-8月);当MAT 1020之间,蜗牛生长季扩展至整个温暖月份(4-10月);当MAT >20时,蜗牛全年生长。由此,发现T47和生长季节温度有很好的正相关性(图1),并给出47与蜗牛生长季节平均温度的转换方程分别为:巴蜗牛47 =0.0513 ± 0.0036× 106/T2 + 0.0930 ± 0.0413),R2=0.9360华蜗牛47=0.0552±0.0111× 106/T2 + 0.0351 ± 0.1293),R2=0.8036。其中,T为开尔文温度(图2)。

  2)在对18个地点同时出现的巴蜗牛与华蜗牛进行分析之后,发现华蜗牛的团簇同位素温度要比巴蜗牛高出3.36±1.53 ℃(图1),表明两个种属之间可能存在生态习性的差别。由此,在利用蜗牛化石壳体团簇同位素进行古温度重建时,应尽量选择与其种属相同的蜗牛47温度转换方程。

  3)通过蜗牛团簇同位素温度和壳体碳酸盐氧同位素计算出了蜗牛体液氧同位素组成(δ18OBW),发现北方地区的巴蜗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)的潜力(图3b),但是华蜗牛没有明显的规律(图3a)。

  4)利用本文建立的华蜗牛47温度转换方程,对前人获得的黄土高原蒲县现生华蜗牛和末次盛冰期华蜗牛团簇同位素进行了重新解译,计算得到现生华蜗牛团簇同位素温度为23.3±1.5,与当地气象站点观测的夏季温度(23.3±1.1 )十分一致。重建的末次盛冰期夏季温度为16.2±1.9,与该时期土壤钙结核团簇同位素温度17.2±2.0 ℃相当。这些结果证明了蜗牛团簇同位素温度转换方程的可靠性。

  该研究通过对中国较大空间范围的巴蜗牛和华蜗牛进行分析,证明了陆生蜗牛壳体团簇同位素组成可以作为生物碳酸盐古温度计,为应用蜗牛壳体化石进行古温度重建奠定了基础。

  研究结果发表于Geochimica et Cosmochimica Acta

    论文链接

 

图1 巴蜗牛、华蜗牛壳体T47和生长季温度的关系 

 

图2 蜗牛壳体47和生长季温度(T)的转换方程及其与前人温度方程的对比 

 

  图3 a)巴蜗牛、华蜗牛体液氧同位素(δ18OBW)和蜗牛生长季降雨氧同位素(δ18OP-GS)的关系;(b)中国南方和北方巴蜗牛δ18OBWδ18OP-GS的关系 

打印 责任编辑:叶瑞优

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