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對貝殼化石進行LIBS元素分析于古環(huán)境和古氣候研究的突破性意義

1. 應用LIBS技術對大量貝殼化石進行快速自動測量,，對古環(huán)境和古氣候研究具有突破性意義

生物地球化學的數(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時的環(huán)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(qū)域都常有發(fā)現(xiàn),。所以非常適合應用于古環(huán)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(jù)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(jié),。Asier等人提出，通過研究貝殼生活的古環(huán)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(jù)，研究古人類和其它動植物應對環(huán)境的方式,。

必須承認的是,，生物地球化學數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(yōu)勢是其它技術無法比擬的,，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)對于古環(huán)境研究具如下特色優(yōu)勢：

§ 266nm、532nm,、1064nm中任意兩種激發(fā)波長可選性,；通過軟件自動切換波長，無須手動調試,；

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

§ 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；

§ 海量數(shù)據(jù)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(huán)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(jié)變化和氣候波動，這是傳統(tǒng)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(xiàn)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(shù)據(jù)進行校正,，刷新了基于貝殼化石元素分析數(shù)據(jù)進行古氣候重建的精確性和時間跨度。論文于2019年發(fā)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(shù)據(jù)，之前的實驗遠達不到氣候重建的數(shù)據(jù)要求。能夠將成百上千的貝殼元素數(shù)據(jù)進行對比,，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)