蜗牛壳里解锁“气象密码”

在自然界，有很多样本可以用来做气象研究。中国科学院地球环境所的研究人员，通过一只蜗牛壳，就可以知道过去和现在的气象变化，以及预知未来的气象状况。那么，这风起云涌中的气象密码，是怎样通过一只蜗牛壳破解的呢？

显微镜下，中国科学院地球环境研究所副研究员董吉宝正在一个指甲盖大小的蜗牛壳上，用牙钻划出一道细细的线。再把掉落下来约70微克的粉末送到质谱仪上进行分析，就可以解读其中的气象密码。

董吉宝说，蜗牛是一种陆生软体动物，广泛分布于全球各类生态环境中，软体动物已有几亿年的历史。它的身体内约80%是水分，对于当地降水以及陆地水分含量多少的变化，极为敏感，并且这些变化都会在独特结构的蜗牛壳上留下相应的痕迹。

蜗牛的壳由钙、碳、氧三种矿物质元素组成，在干旱、半干旱地区生活的蜗牛，壳中的氧主要从水中获得，而降水是主要来源，因此用氧同位素测定就可以清楚知道蜗牛生存期的降水变化。

董吉宝：“整个黄土高原是一个干旱半干旱区，所以大家做古气候变化或者古环境变化，就很关注到底温度怎么变的，降水量怎么变的，我们通过蜗牛壳里面氧的组成就能够反映出来，当时它记录的降水里面的氧怎么样。”

蜗牛的壳生长速率快，基本到一年半之后就不再生长，螺旋状的壳上，纵向分布着密密匝匝的竖线，是类似年轮的“生长纹”，董吉宝团队在每一条长2、3厘米的生长纹上，隔0.1毫米打一个孔，在全世界第一次实现用高分辨率的氧同位素测试方法，把蜗牛一生记录的环境变化测定出来。

董吉宝：“我们现在做的更多的还是在季节上，它能够反映至少每年的雨季和非雨季，比如说，在西安4-5月或者6月这一段，相对来说降水比较少的时候，它的氧的组成是一种特征，到七八九甚至十月它是另一种特征，我们在蜗牛壳上已经看得非常清楚。”

通过蜗牛研究古气候资料，可以追溯到上世纪80年代，但是由于当时技术水平有限，只能将蜗牛壳磨碎进行分析，无法精确测量出某月甚至某天的实验数据。

2020年之前，全世界范围内有多位专家对蜗牛与气象变化的关系展开研究，结果都不尽如人意。

2020年，董吉宝团队从砗磲研究得到启发，另辟蹊径。

砗磲是一种栖息于热带海域珊瑚礁中的巨大贝类，砗磲的碳酸盐壳体具有“天”生长纹层，能够提供天到小时级别的地球化学记录，而蜗牛类似的壳体，是不是也可以得到更精准的实验数据？2020年冬天，蜗牛研究团队成员，地球环境所在读博士生王国桢，带着两只蜗牛壳去广州做实验。

王国桢：“我们把两个样品做出来，都是在西安（采的），一个是4月采的，一个是9月采的，那我们就自然想在9月采的这只蜗牛，因为它的寿命大概是1-1.5年的话，它跟这个4月采的蜗牛，他们之间是有一定的有重复的，在做完这个氧同位素结果之后，我们果然发现他们两个之间有非常好的一个重复性，两个基本上是可以叠在一起的。” 

这一研究成果极大鼓舞了董吉宝和团队，将过去长时间跨度的气象研究，精准到了以天为单位的观测范围。

他们一头扎进陕北、甘肃、青海等西北干旱地区，刨开土层寻找丰富的蜗牛化石。通过将现代蜗牛的研究方法，套用到蜗牛化石上去，就可以知道过去的温度、降水等信息与现在的差异，从而预测未来气象变化。

董吉宝：“这三五年北方发生了好多次这种极端暴雨，造成很大危害，所以我们做这个也就是希望能够从地质记录里给我们提供一些经验，未来这种全球变暖之后，对我们北方到底会有多大影响，我们要考虑如何应对。这可能是我们未来应用的一种前景。”

王国桢说，从工业革命以来，全球变暖，到现在大概升温1.1-1.2°C，未来在本世纪末它可能会升温3-5°C，通过研究过去温度较高时期的极端天气状况，就可以对未来全球变暖后的天气状况做出参考。

王国桢：“温暖背景下极端天气是怎么变化的，可以对我们预估未来提供一个参考。比如说在过去比现在温暖3-5°C的这么一个情景下，这种量级的暴雨，它的频率可能比现在要高几个数量级的话，那我们对于未来的城市建设就会有一个相当于预警的作用。”

起点新闻记者 刘洁

编辑：李锋