砗磲小时分辨率地化元素研究新进展—实验室培养
摘 要：极端天气事件，如寒潮、台风、暴雨等，通常发生在小时-周时间尺度上，但往往会给生态系统和人类社会造成重大影响。因此研究极端天气事件的变率和机制，并预测其未来的发展趋势，是地球环境科学的重要任务之一。地质生物载体，如砗磲，为我们提供了探究过去不同气候背景下极端天气事件（古天气）状态和变率的可能性，可为理解和预测极端天气事件提供科学依据。砗磲是全球最大双壳类生物，其致密的文石壳体通常具有天生长纹层，前期研究显示具有重建过去极端天气事件变化的潜力。但目前有关砗磲小时-天地球化学指标环境指示意义的研究还在初步发展阶段，小时分辨率Sr/Ca，Mg/Ca，Ba/Ca、B/Ca等元素地球化学指标的环境指示意义尚不清楚。本研究对无鳞砗磲T1进行了人工培养实验，通过保持光照恒定，循环调整培养系统水体温度的方式探究了砗磲壳体小时分辨率Sr/Ca、Mg/Ca、Ba/Ca、B/Ca与水体环境条件间的关系。此外，对T1壳体微结构进行了分析，探讨砗磲壳体微结构变化与元素及水体环境变化之间的关系。结果显示：
（1）培养实验期间生长的无鳞砗磲T1内层壳体Ba/Ca、Sr/Ca与水体盐度呈显著负相关，外层壳体Ba/Ca、Sr/Ca与水体盐度呈显著正相关，表明内外层壳体Ba/Ca、Sr/Ca均受到水体盐度变化影响；在第一阶段实验的前半程中，内层壳体Ba/Ca的峰值/谷值与水体温度的最小值/最大值相对应，表明内层壳体Ba/Ca可能同时受到了温度影响，符合热力学分馏机制。
（2）无鳞砗磲T1内层壳体Sr/Ca平均值与标准差均大于对应阶段外层壳体Sr/Ca，表明壳体Sr/Ca可能受到了砗磲外套膜外液（EPF）生理代谢功能的影响，Sr²⁺掺入壳体内外层的方式可能不一致，外层的离子运输方式可能由Ca²⁺泵主导，内层可能由被动运输主导。整个培养实验中，无鳞砗磲T1壳体Sr/Ca与Ba/Ca呈显著正相关，但Mg/Ca与Ba/Ca相关性较低，且内层壳体Mg/Ca与Ba/Ca呈显著负相关，表明Ba²⁺与Sr²⁺掺入壳体的方式可能一致，Mg²⁺的掺入方式可能是独立的。由于培养水体中Ba²⁺浓度约为自然水体的100倍，因此水体中Ba²⁺浓度的升高有可能是Ba²⁺与Sr²⁺掺入壳体方式一致的原因。
（3）无鳞砗磲T1内层壳体B/Ca受到了温度以及光照周期的影响。在实验第一和第三阶段中，内层壳体B/Ca表现出与温度循环变化类似的周期性；在实验第二阶段中，内层壳体B/Ca表现出与光照周期对应的变化趋势。
（4）砗磲壳体微结构与之前双壳贝类的研究结果类似，受到短期频繁变温与连续光照的影响，无鳞砗磲T1壳体新生长区域的微结构与实验开始前对应区域的微结构有差异。

关 键 词：砗磲；双壳类培养实验；天分辨率；元素地球化学；壳体微结构

 

砗磲；双壳类培养实验；天分辨率；元素地球化学；壳体微结构