地球環境研究所利用蝸牛殼體氧同位素重建季風邊緣帶天氣尺度降水事件

在全球持續變暖的背景下，降水有朝向更加極端方向發展的趨勢。由于現代儀器觀測數據時限短（通常不足200年），導致我們對極端降水事件的發生機制及未來可能發展方向認識不足。前期研究利用二次離子質譜技術（SIMS）進行微米級原位分析，證實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、樣品制備復雜、分析測試成本高昂，使得這項前沿技術難以普及，制約了陸生蝸牛記錄的古天氣研究。

為此，中國科學院地球環境研究所氣候變化集成-模擬-同化-預測團隊（CLIMAP）首次嘗試利用成本更低、普適性更高的氣相穩定同位素質譜（IRMS），開展蝸牛 δ18Oshell重建天氣尺度降水事件的研究。團隊在亞洲季風邊緣區的石嘴山市（SZS）采集了2021年6月、9月和12月的現代條華蝸牛樣本（圖1），在顯微鏡下用牙鉆手動獲得了高分辨率樣品。IRMS δ18Oshell測試結果顯示，不同個體蝸牛δ18Oshell記錄顯示出相似的變化模式和良好的重現性（圖2和圖3）；而且，基于δ18Oshell記錄的一階導數重建的天氣尺度降水頻率與研究區器測記錄吻合（圖4）。研究結果表明，在亞洲季風邊緣區的蝸牛IRMS δ18Oshell數據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，為大規模開展陸地古天氣重建工作提供了重要基礎和新的技術選擇。

該研究由來自地球環境研究所、西安交通大學、云南大學等多家單位研究者共同完成。該成果近期發表于國際學術期刊Quaternary Science Reviews上，地球環境研究所博士研究生張倩為第一作者，地球環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。該研究得到了國家自然科學基金（42025304，42377445），國家重點研發計劃（2023YFF0804804），中國科學院青年交叉團隊（2024000021）項目的共同資助。

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

圖2 2021年6月8日（a）、9月12日（b）和12月15日（c）采集的現代條華蝸牛的δ18Oshell序列，右側對應的是相同時段蝸牛δ18Oshell的相關性分析。

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序列一階導數（f）與同期相對濕度（g）和降水量（h）的對比。