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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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地質(zhì)地球所證明陸生蝸牛殼體團(tuán)簇同位素組成可以作為生物碳酸鹽古溫度計(jì)

2019-07-11 地質(zhì)與地球物理研究所

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　　陸生蝸?；徽J(rèn)為是古氣候、古環(huán)境的指示性動(dòng)物，其殼體碳酸鹽穩(wěn)定同位素組成蘊(yùn)藏著豐富的古氣候、古環(huán)境與古植被信息。碳酸鹽團(tuán)簇同位素（2個(gè)及2個(gè)以上的重同位素結(jié)合在一起形成的同位素體，度量指標(biāo)為△₄₇）由于與碳酸鹽沉淀溫度具有唯一的相關(guān)關(guān)系，而被作為一種新型地質(zhì)溫度計(jì)提出，并在古溫度研究及其相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。雖然一些研究者對世界范圍內(nèi)不同種類陸生蝸牛殼體進(jìn)行了團(tuán)簇同位素研究，但其能否代表蝸牛殼體沉淀時(shí)的環(huán)境溫度尚且存在較大爭議。因此，在同一氣候系統(tǒng)下選擇較大的空間范圍，進(jìn)行陸生蝸牛團(tuán)簇同位素與環(huán)境溫度關(guān)系的研究，成為解決問題的有效途徑。

　　中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所新生代地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生翟吉璇，在副研究員王旭的指導(dǎo)下，在中國從南到北共計(jì)68個(gè)研究點(diǎn)采集了現(xiàn)生蝸牛，其中包括64個(gè)地點(diǎn)的巴蝸牛和24個(gè)地點(diǎn)的華蝸牛，分析并獲得177個(gè)蝸牛殼體團(tuán)簇同位素?cái)?shù)據(jù)，對△₄₇與環(huán)境溫度的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)研究。主要結(jié)論如下：

　　（1）雖然蝸牛殼體團(tuán)簇同位素溫度（T₄₇）和年均溫（MAT）沒有相關(guān)性，但是兩者差值（T₄₇-MAT）與年均溫（MAT）卻存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。這可能表明在溫度較低的地方，蝸牛會(huì)選擇在溫度較高的月份進(jìn)行活動(dòng)并分泌殼體。通過對數(shù)據(jù)的系統(tǒng)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(dāng)MAT <10℃時(shí)，蝸牛生長季為夏季（6-8月）；當(dāng)MAT 在10～20℃之間，蝸牛生長季擴(kuò)展至整個(gè)溫暖月份（4-10月）；當(dāng)MAT >20℃時(shí)，蝸牛全年生長。由此，發(fā)現(xiàn)T₄₇和生長季節(jié)溫度有很好的正相關(guān)性（圖1），并給出△₄₇與蝸牛生長季節(jié)平均溫度的轉(zhuǎn)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(gè)地點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)的巴蝸牛與華蝸牛進(jìn)行分析之后，發(fā)現(xiàn)華蝸牛的團(tuán)簇同位素溫度要比巴蝸牛高出3.36±1.53 ℃（圖1），表明兩個(gè)種屬之間可能存在生態(tài)習(xí)性的差別。由此，在利用蝸?；瘹んw團(tuán)簇同位素進(jìn)行古溫度重建時(shí)，應(yīng)盡量選擇與其種屬相同的蝸牛△₄₇—溫度轉(zhuǎn)換方程。

　　（3）通過蝸牛團(tuán)簇同位素溫度和殼體碳酸鹽氧同位素計(jì)算出了蝸牛體液氧同位素組成（δ¹⁸O_BW），發(fā)現(xiàn)北方地區(qū)的巴蝸牛體液氧同位素具有重建其生長季節(jié)大氣降雨氧同位素（δ¹⁸O_P-GS）的潛力（圖3b），但是華蝸牛沒有明顯的規(guī)律（圖3a）。

　　（4）利用本文建立的華蝸牛△₄₇—溫度轉(zhuǎn)換方程，對前人獲得的黃土高原蒲縣現(xiàn)生華蝸牛和末次盛冰期華蝸牛團(tuán)簇同位素進(jìn)行了重新解譯，計(jì)算得到現(xiàn)生華蝸牛團(tuán)簇同位素溫度為23.3±1.5 ℃，與當(dāng)?shù)貧庀笳军c(diǎn)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(shí)期土壤鈣結(jié)核團(tuán)簇同位素溫度17.2±2.0 ℃相當(dāng)。這些結(jié)果證明了蝸牛團(tuán)簇同位素溫度轉(zhuǎn)換方程的可靠性。

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

　　研究結(jié)果發(fā)表于Geochimica et Cosmochimica Acta。

論文鏈接

圖1 巴蝸牛、華蝸牛殼體T₄₇和生長季溫度的關(guān)系

圖2 蝸牛殼體△₄₇和生長季溫度（T）的轉(zhuǎn)換方程及其與前人溫度方程的對比

　　圖3 （a）巴蝸牛、華蝸牛體液氧同位素（δ¹⁸O_BW）和蝸牛生長季降雨氧同位素（δ¹⁸O_P-GS）的關(guān)系；（b）中國南方和北方巴蝸牛δ¹⁸O_BW和δ¹⁸O_P-GS的關(guān)系

　　陸生蝸牛化石被認(rèn)為是古氣候、古環(huán)境的指示性動(dòng)物，其殼體碳酸鹽穩(wěn)定同位素組成蘊(yùn)藏著豐富的古氣候、古環(huán)境與古植被信息。碳酸鹽團(tuán)簇同位素（2個(gè)及2個(gè)以上的重同位素結(jié)合在一起形成的同位素體，度量指標(biāo)為△47）由于與碳酸鹽沉淀溫度具有唯一的相關(guān)關(guān)系，而被作為一種新型地質(zhì)溫度計(jì)提出，并在古溫度研究及其相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。雖然一些研究者對世界范圍內(nèi)不同種類陸生蝸牛殼體進(jìn)行了團(tuán)簇同位素研究，但其能否代表蝸牛殼體沉淀時(shí)的環(huán)境溫度尚且存在較大爭議。因此，在同一氣候系統(tǒng)下選擇較大的空間范圍，進(jìn)行陸生蝸牛團(tuán)簇同位素與環(huán)境溫度關(guān)系的研究，成為解決問題的有效途徑。
　　中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所新生代地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士研究生翟吉璇，在副研究員王旭的指導(dǎo)下，在中國從南到北共計(jì)68個(gè)研究點(diǎn)采集了現(xiàn)生蝸牛，其中包括64個(gè)地點(diǎn)的巴蝸牛和24個(gè)地點(diǎn)的華蝸牛，分析并獲得177個(gè)蝸牛殼體團(tuán)簇同位素?cái)?shù)據(jù)，對△47與環(huán)境溫度的關(guān)系進(jìn)行了系統(tǒng)研究。主要結(jié)論如下：
　?。?）雖然蝸牛殼體團(tuán)簇同位素溫度（T47）和年均溫（MAT）沒有相關(guān)性，但是兩者差值（T47-MAT）與年均溫（MAT）卻存在負(fù)相關(guān)關(guān)系。這可能表明在溫度較低的地方，蝸牛會(huì)選擇在溫度較高的月份進(jìn)行活動(dòng)并分泌殼體。通過對數(shù)據(jù)的系統(tǒng)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(dāng)MAT <10℃時(shí)，蝸牛生長季為夏季（6-8月）；當(dāng)MAT 在10～20℃之間，蝸牛生長季擴(kuò)展至整個(gè)溫暖月份（4-10月）；當(dāng)MAT >20℃時(shí)，蝸牛全年生長。由此，發(fā)現(xiàn)T47和生長季節(jié)溫度有很好的正相關(guān)性（圖1），并給出△47與蝸牛生長季節(jié)平均溫度的轉(zhuǎn)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?！?7=（0.0552±0.0111）× 106/T2 + 0.0351 ± 0.1293），R2=0.8036。其中，T為開爾文溫度（圖2）。
　?。?）在對18個(gè)地點(diǎn)同時(shí)出現(xiàn)的巴蝸牛與華蝸牛進(jìn)行分析之后，發(fā)現(xiàn)華蝸牛的團(tuán)簇同位素溫度要比巴蝸牛高出3.36±1.53 ℃（圖1），表明兩個(gè)種屬之間可能存在生態(tài)習(xí)性的差別。由此，在利用蝸?；瘹んw團(tuán)簇同位素進(jìn)行古溫度重建時(shí)，應(yīng)盡量選擇與其種屬相同的蝸?！?7—溫度轉(zhuǎn)換方程。
　?。?）通過蝸牛團(tuán)簇同位素溫度和殼體碳酸鹽氧同位素計(jì)算出了蝸牛體液氧同位素組成（δ18OBW），發(fā)現(xiàn)北方地區(qū)的巴蝸牛體液氧同位素具有重建其生長季節(jié)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(guī)律（圖3a）。
　?。?）利用本文建立的華蝸牛△47—溫度轉(zhuǎn)換方程，對前人獲得的黃土高原蒲縣現(xiàn)生華蝸牛和末次盛冰期華蝸牛團(tuán)簇同位素進(jìn)行了重新解譯，計(jì)算得到現(xiàn)生華蝸牛團(tuán)簇同位素溫度為23.3±1.5 ℃，與當(dāng)?shù)貧庀笳军c(diǎn)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(shí)期土壤鈣結(jié)核團(tuán)簇同位素溫度17.2±2.0 ℃相當(dāng)。這些結(jié)果證明了蝸牛團(tuán)簇同位素溫度轉(zhuǎn)換方程的可靠性。
　　該研究通過對中國較大空間范圍的巴蝸牛和華蝸牛進(jìn)行分析，證明了陸生蝸牛殼體團(tuán)簇同位素組成可以作為生物碳酸鹽古溫度計(jì)，為應(yīng)用蝸牛殼體化石進(jìn)行古溫度重建奠定了基礎(chǔ)。
　　研究結(jié)果發(fā)表于Geochimica et Cosmochimica Acta。
　　論文鏈接
　　
　　圖1 巴蝸牛、華蝸牛殼體T47和生長季溫度的關(guān)系
　　
　　圖2 蝸牛殼體△47和生長季溫度（T）的轉(zhuǎn)換方程及其與前人溫度方程的對比
　　
　　圖3 （a）巴蝸牛、華蝸牛體液氧同位素（δ18OBW）和蝸牛生長季降雨氧同位素（δ18OP-GS）的關(guān)系；（b）中國南方和北方巴蝸牛δ18OBW和δ18OP-GS的關(guān)系
　　

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