对贝壳化石进行LIBS元素分析于古环境和古气候研究的突破性意义

1. 应用LIBS技术对大量贝壳化石进行快速自动测量，对古环境和古气候研究具有突破性意义

生物地球化学的数据常作为海洋环流、冰川/间冰期气候、人为气候变化等的环境研究手段。

贝壳生命周期中的元素变化能够反映当时的环境状况。贝壳的主要成分是碳酸盐，故而经久不腐。同时，贝壳化石分布广泛，在地质、考古、古气候的研究中，从低海拔到高海拔区域都常有发现。所以非常适合应用于古环境研究。

海水温度会影响微量元素（例如Mg和Sr等）对贝壳碳酸盐晶体结构中的Ca元素的替换。据此，Asier等人（意大利坎塔布里亚大学以及曼彻斯特科学与工程学院，2017）通过对史前食用贝类化石边缘的Mg/Ca分析，判断它被人捕食的季节。Asier等人提出，通过研究贝壳生活的古环境、被捕食情况，我们可以得知同时期人类的生存状况，结合其它考古证据，研究古人类和其它动植物应对环境的方式。

必须承认的是，生物地球化学数据会因样品出处和种类的影响而波动，所以需要广泛测量，用大量数据来保证实验结果的可靠性。应对此需求，LIBS技术的测量速度快、精度高、设置灵活、实验成本低的综合优势是其它技术无法比拟的，在古气候重建和古环境研究中具有巨大的潜力。

FireFly LIBS系统对于古环境研究具如下特色优势：

§ 266nm、532nm、1064nm中任意两种激发波长可选性；通过软件自动切换波长，无须手动调试；

§ 高分辨率检测系统，减小谱线干扰，优化检测极限；

§ 元素分布成像的全自动快速测量，最高测量速度1秒钟100次；

§ 海量数据全自动高速处理功能；

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2. LIBS元素分布成像测量技术将古环境、古气候重建和地球生物化学研究推向新的高度

最重要的是，LIBS技术能够对元素进行定性定量分布成像测量（Mapping）。例如能够得到Mg/Ca在贝壳化石中的空间分布变化，它能够像年轮一样反应其生长过程中的季节变化和气候波动，这是传统元素测量办法无法做到的。

希腊电子结构与激光研究院的Hausmann等人与澳大利亚地理学院合作，应用LIBS技术对采自10个地点的大量现代贝壳进行高分辨率元素分布成像（Mapping）生长追踪从而建立气候模型，并用实际气候数据进行校正，刷新了基于贝壳化石元素分析数据进行古气候重建的精确性和时间跨度。论文于2019年发表在Scientific Reports上。

Hausmann感慨道：在应用LIBS技术之前，我们从来没设想过可以测量十多个贝壳或者得到这么好的数据，之前的实验远达不到气候重建的数据要求。能够将成百上千的贝壳元素数据进行对比，使气候重建成为了全新的游戏。

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)