中国科学院揭示黄土高原微小蜗牛壳体碳氧同位素的气候指示意义

近日，中国科学院地球环境研究所古环境研究室王旭研究员团队在黄土高原微小蜗牛壳体碳氧同位素组成的气候意义研究方面取得进展。研究成果以‘Climatic significance of the carbon and oxygen isotopic composition of micro-snail shells in the Chinese Loess Plateau’为题发表于国际知名地学期刊《Quaternary Science Reviews》。

蜗牛壳体是陆地黄土-古土壤序列中常见的生物化石，其壳体碳酸盐的碳氧同位素组成（δ¹³C_shell和δ¹⁸O_shell）蕴含着丰富的气候环境信息，是重建过去气候变化的重要指标。然而，以往研究多集中于大型蜗牛，对微小蜗牛（壳体直径<5 mm）壳体同位素的气候指示意义尚缺乏系统认识。

研究团队在黄土高原南缘的西安刘家坡和蓝田两个剖面，系统采集了现代环境下的微小蜗牛（主要为琥珀螺科Pupillidae）及其寄宿的土壤样品，并同步监测了大气降水氢氧同位素组成。通过对蜗牛壳体及对应土壤碳酸盐的碳氧同位素进行分析，结合数值模拟，系统揭示了微小蜗牛壳体δ¹³C_shell和δ¹⁸O_shell对气候因子的响应机制。

研究结果显示：（1）微小蜗牛壳体δ¹⁸O_shell主要继承并记录了其形成时土壤水的氧同位素信号，该信号与大气降水氧同位素组成显著相关，且受当地温度和湿度调控；（2）壳体δ¹³C_shell主要反映了蜗牛摄食过程中摄入的有机质碳同位素组成，与土壤有机质的δ¹³C密切相关，进而可以指示植被类型（C₃/C₄植物相对丰度）和生产力变化；（3）与大型蜗牛相比，微小蜗牛生命周期短、活动范围小，其壳体同位素更能敏感地记录局地、短时间尺度的环境波动，是重建高分辨率古气候序列的潜在理想载体。

该研究明确了黄土高原地区微小蜗牛壳体碳氧同位素组成的气候意义，建立了其与现代气候参数（温度、降水、植被）之间的定量关系，为利用黄土序列中的蜗牛化石高分辨率重建古气候、古生态环境变化提供了新的理论依据和指标标尺。

研究工作得到国家自然科学基金重点项目（41931179）、中国科学院战略性先导科技专项（XDB40000000）和黄土与第四纪地质国家重点实验室自主课题的资助。