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地球环境研究所在蜗牛同位素研究中获进展

2021-07-19 15:12     来源:中科院     同位素 碳14 放射性同位素稳定同位素技术

古温度的定量重建是当前古气候研究的前沿科学问题之一,有助于认识地球气候系统演化历史与规律。碳酸盐团簇同位素(Δ47)是美国加州理工学院教授John Eiler研究团队于2004年提出的定量重建碳酸盐形成温度的新指标,已广泛用于不同地质载体的研究,如有孔虫、土壤碳酸盐、珊瑚、陆生蜗牛等。而对蜗牛壳体Δ47的解释存在争议,争论的焦点是蜗牛壳体Δ47是否受生命效应影响,是否能重建其生长环境温度。然而,已有研究多利用野外采集蜗牛,无法确定蜗牛真正的生长环境温度,故难以明确回答上述问题。

中国科学院地球环境研究所副研究员董吉宝与John Eiler等,开展了不同温度下的蜗牛培养实验,采集并分析了不同月龄和不同种属蜗牛壳体的Δ47组成(图1),获得新认识:相同培养温度下不同种属蜗牛壳体的Δ47无显著差异,表明蜗牛Δ47或不存在种属差异;蜗牛壳体Δ47组成与培养温度显著相关,表明蜗牛壳体可用于定量重建其生长环境温度(图2);基于前人建立的Δ47与温度的校正方程,蜗牛壳体Δ47重建的温度较其生长环境温度偏高~5℃,表明蜗牛受到生命效应影响;利用适用于蜗牛壳体Δ47与温度的关系,可准确地定量重建其生长环境温度(图3)。(见Dong et al., 2021 P3)。该研究基于控温条件下蜗牛壳体Δ47研究,为建立蜗牛壳体Δ47与环境温度提供了重要数据,也为未来利用蜗牛化石定量重建过去温度变化奠定了基础。

基于蜗牛培养实验,科研人员还探讨了蜗牛壳体放射性碳14年代,为利用蜗牛壳体开展年代学研究提供了重要信息(Dong et al., P3, 2020);剖析了蜗牛壳体化石Δ47,定量重建的末次冰期(最近~7万年至1万年)与现代蜗牛生长环境温度差异达10℃,并综合分析了蜗牛壳体化石碳、氧同位素组成的气候环境指示意义(Dong et al., CG, 2020)。

上述成果分别发表在Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology和Chemical Geology上。研究工作得到国家自然科学基金、黄土与第四纪地质国家重点实验室和中科院等的资助。

论文链接:1、2、3


图1.实验室不同温度下培养的不同月龄的白玉蜗牛
 


图2.培养蜗牛团簇同位素与温度的关系(蓝色三角形为本研究结果)


图3.不同气候环境下采集的蜗牛壳体团簇同位素重建温度与环境温度和降水量间的关系

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