研究證明陸生蝸牛殼體團簇同位素組成可以作為生物碳酸鹽古溫度計

最新 07-16

陸生蝸牛化石被認為是古氣候、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，度量指標為47）由於與碳酸鹽沉澱溫度具有唯一的相關關係，而被作為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沉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係的研究，成為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質與環境重點實驗室博士研究生翟吉璇，在副研究員王旭的指導下，在中國從南到北共計68個研究點採集了現生蝸牛，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與環境溫度的關係進行了系統研究。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）卻存在負相關關係。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10℃和20℃為界，將蝸牛的生長季劃分為三類：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為：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為開爾文溫度（圖2）。

（2）在對18個地點同時出現的巴蝸牛與華蝸牛進行分析之後，發現華蝸牛的團簇同位素溫度要比巴蝸牛高出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），發現北方地區的巴蝸牛體液氧同位素具有重建其生長季節大氣降雨氧同位素（δ18OP-GS）的潛力（圖3b），但是華蝸牛沒有明顯的規律（圖3a）。

（4）利用本文建立的華蝸牛47—溫度轉換方程，對前人獲得的黃土高原蒲縣現生華蝸牛和末次盛冰期華蝸牛團簇同位素進行了重新解譯，計算得到現生華蝸牛團簇同位素溫度為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為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。

該研究通過對中國較大空間範圍的巴蝸牛和華蝸牛進行分析，證明了陸生蝸牛殼體團簇同位素組成可以作為生物碳酸鹽古溫度計，為應用蝸牛殼體化石進行古溫度重建奠定了基礎。

研究結果發表於Geochimica et Cosmochimica Acta。