對貝殼化石進行LIBS元素分析與古環境和古氣候研究的突破性意義
瀏覽次數:2419 發布日期:2021-1-18
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1.
應用LIBS技術對大量貝殼化石進行快速自動測量,對古環境和古氣候研究具有突破性意義
生物地球化學的數據常作為海洋環流、冰川/間冰期氣候、人為氣候變化等的環境研究手段。
貝殼生命周期中的元素變化能夠反映當時的環境狀況。貝殼的主要成分是碳酸鹽,故而經久不腐。同時,貝殼化石分布廣泛,在地質、考古、古氣候的研究中,從低海拔到高海拔區域都常有發現。所以非常適合應用于古環境研究。
海水溫度會影響微量元素(例如Mg和Sr等)對貝殼碳酸鹽晶體結構中的Ca元素的替換。據此,Asier等人(意大利坎塔布里亞大學以及曼徹斯特科學與工程學院,2017)通過對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。Asier等人提出,通過研究貝殼生活的古環境、被捕食情況,我們可以得知同時期人類的生存狀況,結合其它考古證據,研究古人類和其它動植物應對環境的方式。
必須承認的是,生物地球化學數據會因樣品出處和種類的影響而波動,所以需要廣泛測量,用大量數據來保證實驗結果的可靠性。應對此需求,LIBS技術的測量速度快、精度高、設置靈活、實驗成本低的綜合優勢是其它技術無法比擬的,在古氣候重建和古環境研究中具有巨大的潛力。
FireFly LIBS系統由CEITEC(歐洲工程技術中心)Lightigo團隊研發生產,對于古環境研究具如下特色優勢:
1.266nm、532nm、1064nm中任意兩種激發波長可選性;通過軟件自動切換波長,無須手動調試;
2.高分辨率檢測系統,減小譜線干擾,優化檢測極限;
3.元素分布成像的全自動快速測量,最高測量速度1秒鐘100次;
4.海量數據全自動高速處理功能;
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2.LIBS元素分布成像測量技術將古環境、古氣候重建和地球生物化學研究推向新的高度
最重要的是,LIBS技術能夠對元素進行定性定量分布成像測量(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其生長過程中的季節變化和氣候波動,這是傳統元素測量辦法無法做到的。
希臘電子結構與激光研究院的Hausmann等人與澳大利亞地理學院合作,應用LIBS技術對采自10個地點的大量現代貝殼進行高分辨率元素分布成像(Mapping)生長追蹤從而建立氣候模型,并用實際氣候數據進行校正,刷新了基于貝殼化石元素分析數據進行古氣候重建的精確性和時間跨度。論文于2019年發表在Scientific Reports上。
Hausmann感慨道:在應用LIBS技術之前,我們從來沒設想過可以測量十多個貝殼或者得到這么好的數據,之前的實驗遠達不到氣候重建的數據要求。能夠將成百上千的貝殼元素數據進行對比,使氣候重建成為了全新的游戲。