蜗牛化石揭示黄土高原气候变化

图1 温湿蜗牛种类间齿螺（Metodontia）和多点螺（Punctum）的百分含量变化与地轴倾角（Obliquity）、中－低纬夏季太阳辐射梯度及35 °N夏季太阳辐射量的比较。间齿螺和多点螺的峰值大致对应了中－低纬夏季太阳辐射梯度的高值，部分也对应于35°N夏季太阳辐射的高值。地轴倾角和太阳辐射数据引自Laskar et al. (2004)

图2 温湿蜗牛种类间齿螺和多点螺（A）和中－低纬夏季太阳辐射梯度（35-0 °N）（B）的最大熵谱分析结果，两者都具有明显的准4万年地轴倾角周期。但2万年的岁差周期还需更高分辨率的研究验证。蜗牛隶属于软体动物门腹足纲，是黄土区最常见的现生陆生软体动物，也是黄土地层中最丰富的生物化石。蜗牛对气候环境变化反应敏感，被认为是黄土古环境的“指示性动物”。黄土高原22 Ma以来的风尘沉积中保存了丰富的蜗牛化石，有望建立全球独一无二的长的陆相生物组合序列，为研究晚新生代以来区域及全球的重大地质与环境问题提供可靠的生物学证据。长期以来，黄土蜗牛化石组合的研究主要集中在第四纪黄土—古土壤序列上，对更长时间尺度上的蜗牛化石组合的研究还缺少系统的工作。近年来，中科院地质与地球物理研究所新生代地质与环境研究室李丰江与导师吴乃琴研究员系统地开展了黄土高原西部中新世－上新世的蜗牛化石组合研究。最近，他们通过对董湾剖面上部31.4 m地层的152个蜗牛化石组合样品进行了系统的分析，发现在5.1-3.5 Ma期间，以温湿种类间齿螺（Metodontia）和多点螺（Punctum）占优势，指示了温湿的气候状况，夏季风较强，并且间齿螺和多点螺的峰值大致对应了中－低纬夏季太阳辐射梯度的高值（图1），部分也对应了35°N太阳辐射量的高值；最大熵谱分析结果显示两者都具有显著的地轴倾角周期（图2），表明中－低纬太阳辐射梯度的变化可能是影响黄土高原上新世蜗牛演化的重要因素之一。中－低纬夏季太阳辐射梯度的变化极大地影响了大气环流——东亚夏季风的变化，当辐射梯度增大时，夏季风环流增强，导致中纬度地区包括黄土高原的水热输送增加，有利于温湿蜗牛种类的生长发育。同时，结果也表明，在轨道尺度上，太阳辐射梯度的变化可能是影响东亚夏季风演化的一个因素。该研究成果发表在《地球和行星的变化》（Global and Planetary Change）上（Li and Wu. Pliocene land snail record from western Chinese Loess Plateau and implications for impacts of the summer insolation gradient between middle and low latitudes on the East Asian summer monsoon. Global and Planetary Change, 2010, 72: 73-78）。（来源：中科院地质与地球物理研究所）