地球環境所在蝸牛殼體高分辨率團簇同位素定量重建季節溫度研究方面取得新進展

降水和溫度的季節變化是季風氣候的顯著特征。黃土高原位于東亞季風影響的敏感區，深入認識黃土高原地區降水和溫度在季節尺度上的變化特征，對于理解東亞季風系統對外部強迫和內部氣候過程的響應機制至關重要。盡管洞穴石筍、黃土、湖泊沉積物和樹輪等記錄被用于重建過去東亞季風演變歷史，但這些記錄的時間分辨率多集中在年-百年尺度，難以定量刻畫季節尺度上的降水和溫度變化，限制了對季風過程精細結構及其季節性特征的深入認識。

針對上述科學問題，中國科學院地球環境研究所聯合荷蘭烏德勒支大學，基于中國黃土高原東部靈寶（LB）和西部塬堡（YB）地區現代及化石蝸牛樣品（圖1），系統開展了不同種屬及同一種屬殼內高分辨率Δ47與δ18Oshell分析。研究首先評估了現代蝸牛整殼Δ47溫度（T47）以及由δ18Oshell和T47計算的體液水氧同位素值（δ18Obw）與生長季溫度和降水δ18Op的對應關系；隨后結合殼體生長間斷特征和殼內δ18Oshell變化，對單個蝸牛殼體進行分段分析，定量重建其季節尺度T47和δ18Obw的季節變化。并進一步將該方法應用于靈寶末次冰期盛期（LGM）和塬堡早全新世（約 11 ka）化石蝸牛殼體，探索不同氣候背景下生長季溫度和水文條件的季節變化特征。

研究結果表明，不同現生蝸牛種屬的整殼T47與觀測的生長季地表溫度高度一致（YB生長季為4月中旬至9月，LB為3月中旬至10月），且種屬間差異較小（圖2），表明蝸牛殼體T47溫度能良好重建蝸牛生長季溫度。蝸牛殼內高分辨率Δ47–δ18O–δ13C結果顯示殼體沉淀過程沒有明顯的同位素混合效應和非平衡分餾效應，支持陸生蝸牛文石殼體形成達到了同位素平衡分餾。值得注意的是，根據現生蝸牛殼體重建的殼內T47序列揭示出7–10 °C 的季節尺度溫度變化，并可能記錄了短期熱脅迫信號（圖3）。整殼δ18Obw相較于當地降水δ18Op顯著富集（約3–6.5‰，p < 0.05），可能主要受蒸發作用及微環境條件影響（圖2）。殼內δ18Obw序列變化趨勢與季節性δ18Op一致，清晰記錄了干旱季節同位素富集和濕潤季節同位素貧化的季節變化特征，這些信息在整殼平均δ18Obw值中被掩蓋。化石結果顯示，早全新世和末次盛冰期（LGM）時期生長季T47顯著低于現代，這可能分別對應于早全新世較長的生長季以及LGM期間氣候條件受限導致的生長季變短。其中LGM時期蝸牛殼內T47序列揭示出~6°C 的季節尺度溫度變化，LGM時期濕潤季節較低且更穩定的殼內T47值以及更負的δ18Obw值，揭示了冰期邊界條件下顯著的季節性水文氣候變化（圖3）。

該研究表明蝸牛殼體地球化學記錄對水文氣候季節性變化高度敏感，通過開展殼內高分辨率δ18O與Δ47分析，可突破傳統代用指標的時間分辨率限制，實現對季節尺度氣候變化的定量重建，為理解黃土高原及東亞季風區在不同氣候背景下的季節性氣候演變提供了新的視角。

該項成果近日發表于國際地球化學期刊Geochimica et Cosmochimica Acta，宗秀蘭博士和郭菁菁博士為論文第一作者，董吉寶副研究員為通訊作者。研究工作得到荷蘭科研基金（NWO，Vidi 192.074，016.161.365）、國家自然科學基金（42402197, 42377445）、中國科學院青年交叉團隊（2024000021）等項目的共同資助。

Xiulan Zong1, Jingjing Guo1, Wenru Yang, Jibao Dong*, Niels J. de Winter, Hong Yan, Yougui Song, Youbin Sun, Francien Peterse, Martin Ziegler, 2026. Unlocking sub-annual hydroclimate and temperature variability through land snail shell records, Geochimica et Cosmochimica Acta.

https://doi.org/10.1016/j.gca.2026.01.018.

圖1. 采樣點位置和器測溫度、濕度、降水量及降水δ18Op的季節變化。

圖2. 蝸牛整殼Δ47溫度及由δ18Oshell和T47計算的體液水δ18O與生長季溫度和降水δ18Op的關系，并與化石樣品結果進行對比。

圖3. 靈寶地區現代和化石蝸牛殼體內高分辨率氧同位素和團簇同位素的變化特征，揭示了蝸牛生長過程中體液水氧同位素和生長溫度的季節變化。x軸為蝸牛殼體從殼口（0 mm）至殼頂的距離。