现生蜗牛壳体的碳酸盐耦合同位素(Delta 47)研究及其应用

With the ongoing development of paleoclimatological study, currently, the quantitative reconstruction of climatic elements, such as temperature and precipitation, has become one of the research focuses. Carbonate clumped isotope (∆47) thermometry is a newly developed technique to determine the temperature of carbonate growth. It is based on the relationship between the abundance of 13C-18O bonds in the carbonate and the temperature of the formation of carbonate, and it has reliable theoretical foundation. However, so far no study result is reported in China. Here, the widely distributed terrestrial mollusks-snails are chosen as the object of this study, and we propose to study the relationship between the living temperature of snails and ∆47 value of modern snail shells of different species collected from different environmental conditions. Snails will be cultured under different temperature conditions and are used for ∆47 analysis in order to test and evaluate the established relationship between ∆47 of modern snail shells and temperature. On this basis, the fossil snail shells from Luochuan loess-paleosol sequences will be taken as an example so as to explore the applicability of ∆47 thermometry for reconstructing the paleotemperature changes by using fossil snail shells. The results of this study will promote our understanding of ∆47 thermometry and lay the foundation for the application of ∆47 thermometry in the loess-paleosol sequence study in the near future.

随着古气候研究的不断深人,气候要素值(如温度、降水量)的定量重建已成为当前研究的焦点之一。碳酸盐耦合同位素(∆47)温度计是最近几年兴起的测定碳酸盐形成温度的新方法，该方法是根据碳酸盐矿物中13C-18O键丰度与碳酸盐形成温度的关系而建立的，具有可靠的理论研究基础，而至今我国还未见∆47温度计研究结果的报道。本项目拟将分布广泛的陆生软体动物-蜗牛作为研究对象，研究不同自然环境下不同种属现生蜗牛壳体∆47值与其生存温度的关系。通过不同温度条件下的蜗牛培养实验和蜗牛壳体的∆47值分析，进一步检验和评价这一关系。在此基础上，以洛川黄土-古土壤序列中蜗牛壳体化石为例，探讨蜗牛化石∆47值重建古温度变化的应用。本研究的结果将有助于深入理解∆47温度计，为未来∆47温度计在黄土-古土壤序列研究中的应用奠定基础。

蜗牛是广泛分布的陆生软体动物，其壳体主要由文石组成。根据碳酸盐耦合同位素理论，通过分析蜗牛壳体碳酸盐的耦合同位素组成，可以获得蜗牛壳体碳酸盐形成时的温度信息。因此，蜗牛壳体有可能记录了其生存环境的温度变化，是开展古气候变化研究极具潜力的载体。然而，目前并不清楚蜗牛壳体的耦合同位素组成是否受到了蜗牛本身的“生命效应”的影响，而未能记录壳体形成时的温度。为此，本项目通过蜗牛培养实验获取控温条件下的蜗牛壳体，同时采集野生蜗牛壳体，并利用Data logger 温度计获取蜗牛生存环境的温度，通过对比蜗牛壳体耦合同位素温度（T47）与实际温度的异同，检验并评价蜗牛壳体是否受“生命效应”影响，是否记录了其生存环境温度。最后，研究了黄土中的蜗牛化石的T47温度，探讨蜗牛化石同位素组成是否受后期埋藏环境影响，是否可用于古温度重建研究。. 现生蜗牛壳体T47温度结果显示，蜗牛壳体T47温度在30-40℃，较年平均温度和夏季平均温度都高，这与前人研究结果基本一致(Zaarur et al., 2011; Eagle et al., 2103; Wang et al., 2016)。但值得注意的是，蜗牛壳体T47温度与实测的蜗牛生长季节近地表自然环境温度吻合，这表明蜗牛壳体可能记录了其生长季的近地表温度，未受到“生命效应”的影响。研究中还发现，现代蜗牛壳体T47温度似乎多偏向高温一端，具体原因尚不清楚。我们推测蜗牛壳体的形成可能类似与人类骨骼的形成，即在蜗牛不活动的白天形成，这可能是蜗牛壳体T47温度偏高的重要原因。但需要结合蜗牛培养实验的T47研究结果检验和评价这一推断。. 蜗牛化石T47温度结果表明，MIS4间冰段蜗牛化石和现代蜗牛壳体T47温度差异显著，其差值可达9℃，这与其他地质记录基本结果一致，指示了蜗牛化石可能未受到埋藏环境的影响，可用于古温度变化的重建。同时发现，MIS4时期暖湿种与冷干种蜗牛化石的T47温度差异并不显著，推测MIS4间冰段时期生长季缩短，导致暖湿种与冷干种活动季节基本重叠，该结果说明MIS4时期的季节性特征显著不同与温暖的现代间冰期。