摘要
砗磲是海洋中最大的双壳类动物，在现代显微成像技术的支撑下，砗磲日生长层纹的发现及应用使得砗磲壳体成为研究高时间分辨率条件下环境信息的有效“记录仪”，壳体内的微量元素与同位素可以定性或定量描述自然环境的演变过程。砗磲壳体中的Ba/Ca比值被视为指示极端天气、海底上升流、初级生产力等的指标。自然界Ba源复杂多变，海底富Ba洋流、河流淡水输入等环境因素都是造成壳体内Ba/Ca比值变化的因素，生物文石的矿物学特征也会造成壳体内Ba/Ca比值产生波动变化，单一的Ba/Ca比值在应用的过程中无法准确定性描述环境演变的相关规律，这极大地限制其作为一个指标在示踪海洋Ba循环过程等方面的广泛应用。近年来随着Ba同位素高精度测试分析技术的发展，Ba同位素作为一个地球化学工具在示踪海洋Ba循环、河流输入、海底热液汇入、反演古生产力等方面展现出强大的潜能。因此，在Ba/Ca比值的基础上引入Ba同位素将有助于砗磲壳体在指示局部地区海水Ba源输入或输出相关过程的研究。 本文以南海北礁的10个化石砗磲以及帕劳和南海（永暑礁、浪花礁、鸭公岛）地区的4个现代砗磲为研究对象。除了北礁的化石砗磲以及帕劳的现代砗磲壳体没有铰链以及外层，本次实验均使用牙钻对所有砗磲样品壳体的铰链、内层、外层进行取样分析，此外本次研究还对永暑礁现代砗磲内层壳体进行激光共聚焦电子显微镜拍摄，通过日生长层纹图构建出年代学框架，利用ICP-MS和MC-ICP-MS分别获取了年分辨率时间尺度下内层壳体的Ba/Ca比值及Ba同位素组成（δ138/134Ba）数据。 本次实验所有样品的δ138/134Ba变化范围为0.21±0.02‰至0.46±0.01‰,相比于南海表层海水具有较轻的同位素组成。南海及帕劳地区4个现代砗磲壳体（铰链、内层以及外层）的δ138/134Ba在误差范围内接近一致，不存在地区之间的显著差异。就单个砗磲壳体而言，铰链、内层以及外层壳体的δ138/134Ba在误差范围内接近一致，砗磲壳体的Ba同位素组成较为均一，没有发现显著的层间差异。现代砗磲与化石砗磲内层壳体的δ138/134Ba之间也无明显差异。永暑礁现代砗磲内层壳体的年均δ138/134Ba变化范围为0.21±0.02‰至0.38±0.03‰，显示出年际间小幅度波动的变化趋势，但该过程与海表面温度、盐度、降水等外部环境因素以及砗磲自身的生长速率无明显的相关性。所有样品Ba含量的变化范围在0.31-8.08ppm,Ba/Ca比值的变化范围在0.23-6.14μmol/mol,相比于碎磲壳体的δ138/134Ba显示出较大范围的变化趋势。不同地区的现代砗磲内层壳体Ba/Ca比值差异明显，永暑礁现代砗磲内层壳体年均Ba/Ca比值波动范围广泛，具有异常凸起的峰值。外部环境因素和砗磲的生长速率也并非是驱动永暑礁现代砗磲内层壳体年均Ba/Ca比值变化的主要原因，而且海水与砗磲壳体间瑞利分馏的生物矿化模型无法解释本次实验中砗磲壳体Ba/Ca比值与δ138/134Ba之间变化趋势的差异。本文认为砗磲壳体Ba含量的波动使得壳体的Ba/Ca比值呈现出广泛的变化，可以有效指示当地Ba源变化的相关信息。一方面帕劳地区砗磲内层壳体的Ba/Ca比值最高，这与其地处广阔的西太平洋边缘有关，该地区Ba源广泛，深海底水Ba含量较高。另一方面，海洋环流过程会引起砗磲钙化液性质的发生变化，改变壳体的矿物学特征，导致壳体的分配系数发生改变，进而使得砗磲壳体的Ba/Ca比值呈现出较大的变化趋势。 海洋中不同Ba源的汇入会引起局部地区海水Ba同位素组成发生变化，砗磲壳体的δ138/134Ba具有记录局部地区海水的Ba同位素组成的潜能，因此砗磲壳体的δ138/134Ba将从一个新的视角为我们提供海水Ba源输入或输出过程的相关信息，该过程可能不受温度、降水等外部环境因素以及生长速率、生命效应等内部因素干扰，并且化石砗磲内层壳体结构稳定，不易遭受成岩矿化作用的影响，这使得化石砗磲内层壳体的δ138/134Ba在指示古海洋Ba循环相关过程有着巨大的应用潜能，对于未来开展更为详尽的古环境研究具有重要意义。
NETL