地球環(huán)境研究所利用蝸牛殼體氧同位素重建季風(fēng)邊緣帶天氣尺度降水事件

在全球持續(xù)變暖的背景下，降水有朝向更加極端方向發(fā)展的趨勢(shì)。由于現(xiàn)代儀器觀測(cè)數(shù)據(jù)時(shí)限短（通常不足200年），導(dǎo)致我們對(duì)極端降水事件的發(fā)生機(jī)制及未來(lái)可能發(fā)展方向認(rèn)識(shí)不足。前期研究利用二次離子質(zhì)譜技術(shù)（SIMS）進(jìn)行微米級(jí)原位分析，證實(shí)了蝸牛殼體具備揭示天氣尺度降水事件的潛力，甚至能定量重建單次暴雨事件。然而，由于SIMS儀器稀缺、樣品制備復(fù)雜、分析測(cè)試成本高昂，使得這項(xiàng)前沿技術(shù)難以普及，制約了陸生蝸牛記錄的古天氣研究。

為此，中國(guó)科學(xué)院地球環(huán)境研究所氣候變化集成-模擬-同化-預(yù)測(cè)團(tuán)隊(duì)（CLIMAP）首次嘗試?yán)贸杀靖?、普適性更高的氣相穩(wěn)定同位素質(zhì)譜（IRMS），開(kāi)展蝸牛 δ18Oshell重建天氣尺度降水事件的研究。團(tuán)隊(duì)在亞洲季風(fēng)邊緣區(qū)的石嘴山市（SZS）采集了2021年6月、9月和12月的現(xiàn)代條華蝸牛樣本（圖1），在顯微鏡下用牙鉆手動(dòng)獲得了高分辨率樣品。IRMS δ18Oshell測(cè)試結(jié)果顯示，不同個(gè)體蝸牛δ18Oshell記錄顯示出相似的變化模式和良好的重現(xiàn)性（圖2和圖3）；而且，基于δ18Oshell記錄的一階導(dǎo)數(shù)重建的天氣尺度降水頻率與研究區(qū)器測(cè)記錄吻合（圖4）。研究結(jié)果表明，在亞洲季風(fēng)邊緣區(qū)的蝸牛IRMS δ18Oshell數(shù)據(jù)具有重建天氣尺度降水事件的潛力，這將極大地降低分析成本，提高蝸牛古天氣研究效率，為大規(guī)模開(kāi)展陸地古天氣重建工作提供了重要基礎(chǔ)和新的技術(shù)選擇。

該研究由來(lái)自地球環(huán)境研究所、西安交通大學(xué)、云南大學(xué)等多家單位研究者共同完成。該成果近期發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊Quaternary Science Reviews上，地球環(huán)境研究所博士研究生張倩為第一作者，地球環(huán)境研究所晏宏研究員為通訊作者，董吉寶副研究員為共同通訊作者。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（42025304，42377445），國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2023YFF0804804），中國(guó)科學(xué)院青年交叉團(tuán)隊(duì)（2024000021）項(xiàng)目的共同資助。

Zhang, Q., Dong, J., Wang, G., Luo, F., Jia, Y., Liu, C., Zong, X., Li, X., Dodson, J., & Yan, H. (2025). Synoptic-scale precipitation events recorded by high-resolution intra-shell δ18O of land snail in the Asian monsoon marginal zone. Quaternary Science Reviews, 369, 109582. https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2025.109582

圖1 （a）研究區(qū)的位置（SZS，紅點(diǎn)）。白色虛線為現(xiàn)代夏季亞洲季風(fēng)的大致邊緣（Chen et al, 2015）。EAWM、ISM和EASM分別表示東亞冬季風(fēng)、印度夏季風(fēng)和東亞夏季風(fēng)。（b）1999~2020年研究地點(diǎn)的月平均溫度和降水量。（c）現(xiàn)代條華蝸牛。

圖2 2021年6月8日（a）、9月12日（b）和12月15日（c）采集的現(xiàn)代條華蝸牛的δ18Oshell序列，右側(cè)對(duì)應(yīng)的是相同時(shí)段蝸牛δ18Oshell的相關(guān)性分析。

圖3 0608-1、0912-1和1215-1蝸牛δ18Oshell序列（a）及其重疊部分的相關(guān)性分析（b：0608-1與0912-1；c：0912-1與1215-1；d：0608-1與0912-1，0912-1與1215-1）。

圖4 左：拼接后的δ18Oshell序列（a）與2021年日平均溫度（b）、相對(duì)濕度（c）和降水量（d）。右：0912-1蝸牛6月8日至9月12日的δ18Oshell記錄（e），以及δ18Oshell序列一階導(dǎo)數(shù)（f）與同期相對(duì)濕度（g）和降水量（h）的對(duì)比。