黄土蜗牛化石碳酸盐二元同位素（"Clumped isotope"）古温度重建研究

黄土高原蜗牛化石在古环境演变研究中具有重要的意义，但对其进行定量化研究一直是个难题。最新发展的碳酸盐二元同位素（"Clumped isotope"）古温度计研究方法，突破先前依赖碳酸盐生长环境中水溶液氧-18稳定同位素比值的间接计算方式，可直接测得碳酸盐形成时环境的温度。本项目拟利用该方法，对黄土高原3个典型剖面蜗牛化石进行系统的古温度重建，同时对黄土高原不同地区现代蜗牛进行系统采样和温度测定，结合地表温度观察资料，建立黄土高原蜗牛壳体文石的二元同位素温度校正曲线，以较高的分辨率揭示35万年来黄土高原古温度变化过程及其周期性特征；深入探讨最后4个冰期-间冰期旋回黄土高原地区古环境的演化特点和演化过程以及东亚季风时空变化特征。本项目的开展将进一步提高对东亚季风相对全球季风气候区域性响应的认识，并使黄土蜗牛和黄土碳酸盐古环境研究进入定量化的阶段。

本研究根据计划，对陆生蜗牛壳体碳酸盐主要进行以下工作：1. 对黄土高原典型剖面西峰黄土古土壤中的典型层位：现代蜗牛、末次冰期极盛期的蜗牛壳体和根状结核进行Delta47古温度进行测试，对比国外两个不同实验室的测试结果，相同样品的不同测试差值均超过10 oC，因此该测试方法针对地表系统较窄的温度范围内的碳酸盐进行测试时还有一定的局限性，需要做进一步的探索；同时两组测试结果均表明，不同气候段的次生碳酸盐记录的温度具有相对稳定的温度差，可以探讨不同气候时期环境冷暖状态，因此利用陆生蜗牛壳碳酸盐进行clumped古温度测试建立碳酸盐古温度计还需要进一步的实验研究，尤其需要实验室的研究。 2.实验室养殖实验表明，Achatina cf. fulica壳体与食物间碳同位素分馏值为14.7‰±0.7‰，结论与前人研究结果非常吻合，可推断蜗牛壳体碳酸盐的碳同位素组成记录了其所食用的有机碳同位素组成，因此可以用于重建环境中植被的组成；野外大范围的采样研究表明，蜗牛壳体碳同位素组成与相应的环境因子之间具有良好的相关性，其中与蜗牛生长季节的降水和温度呈明显的负相关性，相关系数分别是0.695 (n=18; p<0.05)和0.521 (n=18; p<0.05)；而与取样点海拔高度和所处纬度则呈明显的正相关关系，相关系数分别为0.688 (n=18; p<0.05)和0.586 (n=18; p<0.05)；研究认为，环境因素通过调节区域植被类型或者植被的碳同位素组成来影响环境中蜗牛壳体碳同位素组成，蜗牛生长季节的降水量P和温度T是影响蜗牛壳体碳酸盐碳同位素组成的主导因素，相互之间的关系如下：δ13C snail shell = 10.33 – 7.65 logT – 3.89 logP (R=0.764, n=18, p<0.05)； 而海拔与纬度对蜗牛壳体碳同位素组成的影响主要通过降水量和温度改变而导致的；蜗牛壳体碳同位素组成可以反演环境的温度和湿度，从另一个角度证实蜗牛壳体碳同位素可以用于重建环境。