利用蜗牛化石碳同位素重建末次盛冰期到早中全新世古降水变化

东亚夏季风作为东亚地区主要的水汽输送系统，影响着超10亿人的生计，因此理解自然变暖背景下东亚夏季风降水的响应极为重要。黄土高原现代蜗牛碳同位素（δ¹³Cs）研究表明，蜗牛偏食C3植被，在重建古降水方面有巨大潜力。为此，中国科学院地球环境研究所气候变化集成-模拟-同化-预测团队（CLIMAP）对黄土高原东南缘灵宝地区两个黄土剖面开展了土壤有机质碳同位素（δ¹³Corg）和高分辨率蜗牛化石壳体δ¹³Cs分析。研究发现，自19 ka以来，C₃植被在该地区占据主导地位（图1）。末次盛冰期（LGM），蜗牛壳δ¹³Cs值最高且标准差（SD）最小，表明降水显著减少，且C3植被可能经历了强烈的水分胁迫；末次冰消期，δ¹³Cs值逐渐降低，反映了季风降水逐步增加；早中全新世，δ¹³Cs值最低且SD也较小，指示了降水最为丰富；中晚全新世，δ¹³Cs值再次升高，说明降水减少，C3植被受水分胁迫的程度增加（图2）。根据黄土高原C3植被碳同位素与年均降水量间的关系估算，从LGM到早中全新世，灵宝地区年均降水量增加了约300 mm，这与多种代用指标的重建结果相一致（图3）。此外，研究还发现蜗牛数量增加（~16 ka）超前于δ¹³Cs值显著负偏（~14 ka）约2ka，这一现象可能反映了冰消期变暖比夏季风降水显著增加提前了约2 ka（图3）。该研究为深入理解中国黄土高原南部地区变暖背景下古降水变化提供了新的视角。

该成果近期在国际学术期刊Quaternary Science Reviews上发表。西安交通大学博士研究生贾雅娜为第一作者，地球环境研究所联合培养导师晏宏研究员为通讯作者，董吉宝副研究员为共同通讯作者。该研究得到了崂山实验室科技创新项目（LSKJ202203300）、国家自然科学基金（42377445）、中国科学院青年交叉团队（2024000021）和中国科学院青促会项目的共同资助。

Jia, Y.N., Yan, H., Dong, J., Zong, X., Wang, G., Liu, C., Zhang, Q., Luo, F., Dodson, J., 2025. Paleoprecipitation variations from LGM to early-middle Holocene on the southeastern Chinese Loess Plateau: evidence from land snail shells δ¹³C. Quaternary Science Reviews, 356, 109312.

https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2025.109312

图1 （a）黄土高原南部多个剖面有机碳δ¹³Corg（GBB、GB21、渭南和蓝田剖面）（Ning et al., 2008），（b）灵宝地区GBB和GB21剖面高分辨率蜗牛化石δ¹³Cs

图2 灵宝地区GBB和GB21剖面蜗牛化石δ¹³Cs概率密度图

图3 灵宝地区GBB和GB21剖面蜗牛化石δ¹³Cs与多指标对比图