陆生软体动物广泛分布于中国北方干旱-半干旱地区，是示踪区域气候变化的重要载体。中国黄土高原黄土中保存了大量软体动物（蜗牛）化石，被广泛应用于晚第四纪气候变化重建。例如，近期的一系列研究表明黄土化石蜗牛壳体的碳、氧同位素组成可能受降水量等环境因子控制，为揭示冰期-间冰期东亚季风的动力学机制提供了新的手段。
值得注意的是，化石蜗牛壳体埋藏后可能受到早期成岩作用的影响，其地球化学组成可能会发生改变，如何评估早期成岩作用对化石蜗牛地球化学组成的影响目前仍处于研究的空白。另一方面，软体动物壳体U-Th定年可以获得样品的绝对年龄，但前人研究表明大部分海相软体动物壳体铀系为开放体系，可能与不稳定的埋藏环境有关。陆生软体动物壳体铀系地球化学研究较少，尚无黄土化石蜗牛壳体U-Th定年的相关报道。
近期，中国科学院南京地质古生物研究所李涛副研究员和南京大学陈天宇教授团队合作，利用一系列结构、矿物学和地球化学手段对黄土高原南部河南邙山剖面中的化石蜗牛壳体开展了详细的研究，初步揭示了化石蜗牛壳体成岩改造过程对其微量元素组成和铀系地球化学组成的影响，为黄土化石蜗牛壳体U-Th定年提供了理论指导。参与这项工作的还包括英国布里斯托尔大学Laura Robinson教授和Tim Knowles博士，南京大学李高军教授、刘媛媛副教授和王茂宇博士。相关研究成果近期发表在第四纪领域知名期刊《第四纪年代学》（Quaternary Geochronology）上。
研究发现，和现生蜗牛壳体相比，黄土化石蜗牛壳体具有更高的孔隙度，并且微量元素（如铀和钡）含量和有机质含量也明显升高（图1）。化石蜗牛壳体中，微量元素和有机质相对富集在孔隙度较高的位置，这可能与扩散-吸附等成岩过程有关。通过LA-ICPMS和LA-MC-ICPMS分析，结果表明化石蜗牛壳体中铀含量呈现出明显的层状分布，单一层内的铀系同位素组成在分析误差范围内一致，据此计算出的表观铀系年龄也基本一致。LA-MC-ICPMS的年龄结果与通过同位素稀释剂法获得的高精度年龄结果也在误差范围内一致，这表明化石蜗牛壳体的铀系同位素组成具有均一性。虽然化石蜗牛壳体铀系同位素的均一性可能指示了化石蜗牛壳体为封闭体系，但化石蜗牛壳体U-Th表观年龄明显低于壳体14C年龄（约0.8-1万年）（图2）。
研究还利用数值模拟，计算结果表明，黄土化石蜗牛壳体在脱离土壤水的影响之前，可能存在铀的持续吸收过程，从而导致化石蜗牛壳体的表观年龄明显低于其真实年龄。后续工作拟通过对近期埋藏的化石蜗牛壳体的研究，定量刻画铀进入化石蜗牛壳体的过程，为黄土化石蜗牛壳体U-Th开放体系定年提供理论基础。
该研究得到国家自然科学基金、中科院战略性先导科技专项（B类）和率先行动人才计划资助。
论文相关信息：Li, T.*, Chen, T.*, Robinson, L.F., Wang, M., Li, G., Liu, Y., Knowles, T.D.J., 2023. Early diagenetic imprints and U-Th isotope systematics of fossil land snail shells from the Chinese Loess Plateau. Quaternary Geochronology 74, 101417. https://doi.org/10.1016/j.quageo.2022.101417.
图1 现生和化石蜗牛壳体微量元素和有机质含量对比图
图2 化石蜗牛U、Th含量和U-Th表观年龄随深度变化图
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