东亚季风区蜗牛壳体δ13C气候代用指标新进展

发布者:表生地球发布时间:2019-03-20浏览次数:76


东亚季风区蜗牛壳体δ13C气候代用指标新进展

陆生蜗牛壳体化石广泛存在于不同类型的地质沉积物中(例如黄土高原的黄土-古土壤序列),其对环境变化反应敏感,一般被认为是黄土古环境研究中的“指示性动物”。截止目前,蜗牛壳体碳同位素组成(δ13Cshell)一般被用来进行植被类型的重建,例如利用壳体δ13C值来反映环境中C3C4植物的分布比例。然而,蜗牛对环境中碳酸盐的摄入以及蜗牛本身的生理生态特征均使得蜗牛壳体δ13C作为重建植被类型的指标变得复杂。通过对不同地区不同种属蜗牛壳体δ13C特征的分析发现,壳体δ13C值作为古气候指标明显受区域特征和种属特征的影响。

中国中-东部地区受东亚季风气候系统的影响,有着明显的降雨和温度梯度,是研究蜗牛壳体响应气候变化的理想区域。基于此,盛雪芬研究团队采集了东亚季风区域内三种主要的蜗牛种属:Bradybaena similaris(南方种)、Acusta ravida(中南部种)、Cathaica fasciola(北方种),通过建立全部种属壳体样品的δ13C值与环境参数(降水量和温度)之间的关系,评估蜗牛壳体δ13C值反映季风活动的有效性,同时探究不同种属蜗牛壳体δ13C值在响应气候变化上的差异性。研究发现,沿着中国东亚季风路线,由东南方向至西北方向蜗牛壳体δ13C值明显的呈逐渐增大趋势,在较干旱的北方地区偏正,而在较湿润的南方地区偏负。通过一元线性回归分析发现,壳体δ13C值与年均温度(MAT)和年均降雨量(MAP)均呈现显著的相关性。由此可见,温度和降雨是控制蜗牛壳体碳同位素组成的根本因素,这是因为蜗牛壳体δ13C值主要受食物(当地环境植被)δ13C值的影响,而当地不同光合作用植被类型(例如C3C4)的比例受控于降雨量和温度。

另外,研究结果表明不同种属蜗牛壳体δ13C在反映气候信息的有效性上存在差异,AcustaravidaBradybaena similaris的壳体δ13C值与MAPMAT均呈现显著的相关性,而北方种Cathaica fasciola仅与温度呈现较弱的相关性,与降雨量不存在相关性(图1)。

1 不同种属蜗牛壳体δ13C值与气候因子之间的关系

壳体和软体δ13C值关系图(图2)表明北方种Cathaica fasciola明显受环境碳酸盐的影响,而Acusta ravidaBradybaena similaris的碳酸盐效应则不明显;同时借助通量平衡模型发现(图2a),Cathaica fasciola在代谢速率上与Acusta ravidaBradybaena similaris存在明显差异。因此,不同种属蜗牛在响应气候上的差异可以解释为种属之间存在的不同碳酸盐效应(北方种比南方种蜗牛摄入了更多的土壤碳酸盐)和不同生理生态特征(例如蜗牛活动时间的长短、代谢速率上的差异)。这一发现对于以后利用季风区的蜗牛化石壳体稳定同位素组成进行气候重建有着重要的借鉴意义,例如必须考虑蜗牛摄入碳酸盐对重建结果造成的偏差。

2:不同种属蜗牛壳体δ13C值和软体δ13C值之间的关系


上述成果以“Reliability of shell carbon isotope composition of different land snail species as a climate proxy: A case study in the monsoon region of China”为题于20182月发表在地球化学领域NI期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》上,第一作者为2016级博士研究生鲍睿,通讯作者为盛雪芬副教授。

该研究获得国家重点研发计划(2016YFA0600503)及国家自然科学基金(41373091; 41321062; 41230526)的资助。