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對(duì)貝殼化石進(jìn)行LIBS元素分析于古環(huán)境和古氣候研究的突破性意義

1. 應(yīng)用LIBS技術(shù)對(duì)大量貝殼化石進(jìn)行快速自動(dòng)測(cè)量，對(duì)古環(huán)境和古氣候研究具有突破性意義

生物地球化學(xué)的數(shù)據(jù)常作為海洋環(huán)流、冰川/間冰期氣候、人為氣候變化等的環(huán)境研究手段。

貝殼生命周期中的元素變化能夠反映當(dāng)時(shí)的環(huán)境狀況。貝殼的主要成分是碳酸鹽，故而經(jīng)久不腐。同時(shí)，貝殼化石分布廣泛，在地質(zhì)、考古、古氣候的研究中，從低海拔到高海拔區(qū)域都常有發(fā)現(xiàn)。所以非常適合應(yīng)用于古環(huán)境研究。

海水溫度會(huì)影響微量元素（例如Mg和Sr等）對(duì)貝殼碳酸鹽晶體結(jié)構(gòu)中的Ca元素的替換。據(jù)此，Asier等人（意大利坎塔布里亞大學(xué)以及曼徹斯特科學(xué)與工程學(xué)院，2017）通過(guò)對(duì)史前食用貝類化石邊緣的Mg/Ca分析，判斷它被人捕食的季節(jié)。Asier等人提出，通過(guò)研究貝殼生活的古環(huán)境、被捕食情況，我們可以得知同時(shí)期人類的生存狀況，結(jié)合其它考古證據(jù)，研究古人類和其它動(dòng)植物應(yīng)對(duì)環(huán)境的方式。

必須承認(rèn)的是，生物地球化學(xué)數(shù)據(jù)會(huì)因樣品出處和種類的影響而波動(dòng)，所以需要廣泛測(cè)量，用大量數(shù)據(jù)來(lái)保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的可靠性。應(yīng)對(duì)此需求，LIBS技術(shù)的測(cè)量速度快、精度高、設(shè)置靈活、實(shí)驗(yàn)成本低的綜合優(yōu)勢(shì)是其它技術(shù)無(wú)法比擬的，在古氣候重建和古環(huán)境研究中具有巨大的潛力。

FireFly LIBS系統(tǒng)對(duì)于古環(huán)境研究具如下特色優(yōu)勢(shì)：

§ 266nm、532nm、1064nm中任意兩種激發(fā)波長(zhǎng)可選性；通過(guò)軟件自動(dòng)切換波長(zhǎng)，無(wú)須手動(dòng)調(diào)試；

§ 高分辨率檢測(cè)系統(tǒng)，減小譜線干擾，優(yōu)化檢測(cè)極限；

§ 元素分布成像的全自動(dòng)快速測(cè)量，最高測(cè)量速度1秒鐘100次；

§ 海量數(shù)據(jù)全自動(dòng)高速處理功能；

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2. LIBS元素分布成像測(cè)量技術(shù)將古環(huán)境、古氣候重建和地球生物化學(xué)研究推向新的高度

最重要的是，LIBS技術(shù)能夠?qū)υ剡M(jìn)行定性定量分布成像測(cè)量（Mapping）。例如能夠得到Mg/Ca在貝殼化石中的空間分布變化，它能夠像年輪一樣反應(yīng)其生長(zhǎng)過(guò)程中的季節(jié)變化和氣候波動(dòng)，這是傳統(tǒng)元素測(cè)量辦法無(wú)法做到的。

希臘電子結(jié)構(gòu)與激光研究院的Hausmann等人與澳大利亞地理學(xué)院合作，應(yīng)用LIBS技術(shù)對(duì)采自10個(gè)地點(diǎn)的大量現(xiàn)代貝殼進(jìn)行高分辨率元素分布成像（Mapping）生長(zhǎng)追蹤從而建立氣候模型，并用實(shí)際氣候數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，刷新了基于貝殼化石元素分析數(shù)據(jù)進(jìn)行古氣候重建的精確性和時(shí)間跨度。論文于2019年發(fā)表在Scientific Reports上。

Hausmann感慨道：在應(yīng)用LIBS技術(shù)之前，我們從來(lái)沒(méi)設(shè)想過(guò)可以測(cè)量十多個(gè)貝殼或者得到這么好的數(shù)據(jù)，之前的實(shí)驗(yàn)遠(yuǎn)達(dá)不到氣候重建的數(shù)據(jù)要求。能夠?qū)⒊砂偕锨У呢悮ぴ財(cái)?shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，使氣候重建成為了全新的游戲。

引自:N. Hausmann, A. L. Prendergast, A. Lemonis, J. Zech, P. Roberts, P. Siozos & D. Anglos，Extensive elemental mapping unlocks Mg/Ca ratios as climate proxy in seasonal records of Mediterranean limpets. [J]., Scientific Reports volume 9, Article number: 3698 (2019)