現代氣象站觀測資料時間跨度較短（大多不到100年），制約了人們對地球氣候/天氣變率和機制的理解。為了彌補器測資料的短缺，近100多年以來，地質學家們利用地球上的各種地質生物載體，如冰芯、海洋沉積、樹輪、珊瑚、湖沼、石筍等，獲取了大量地球過去氣候變化的資料。這些古氣候知識極大豐富了人們對地球氣候歷史的了解，同時也對檢驗氣候模式和預測未來氣候變化具有不可估量的價值。
但是，當前古氣候研究載體的時間分辨率較低，通常為數十年到月。這樣的時間分辨率可以研究地球過去的氣候變化，但是無法用于研究發生在天-小時甚至更短時間尺度的天氣變化。這極大地限制了人們對過去不同氣候背景下古天氣（Paleoweather）狀態和變率的認識；比如過去溫暖氣候背景下臺風會不會更多更強、極端暴雨的強度會不會大幅度提升等。而這些信息，對于預測未來全球變暖預期下地球極端天氣系統的狀態和變率，以及災害評估、生存風險和可持續發展等，都非常重要。
近期，在中國科學院院士安芷生的指導下，中國科學院地球環境研究所熱帶氣候變化實驗室，聯合中科院地質與地球物理研究所、中科院大氣物理研究所、中科院廣州地球化學研究所、南京信息工程大學、長安大學、廣西大學的科研人員，經過5年多的努力，利用激光共聚焦顯微鏡（LSCM）和納米粒子質譜（NanoSIMS），從南海現代硨磲殼體中獲得了多個天-小時分辨率的生物地球化學記錄，并證實這些超高分辨率的記錄可用于研究過去極端天氣變化。
硨磲是全球最大的雙殼類貝殼，自始新世（距今約5000萬年）以來便一直是熱帶太平洋-印度洋珊瑚礁中的重要組成部分。硨磲壽命能達到甚至超過100年，其碳酸鹽殼體生長速度非常快，幾十年就能長到1米以上。硨磲殼體通常具有年生長紋層甚至日生長紋層，是一種非常理想的高分辨率過去全球變化研究載體。
研究人員利用激光共聚焦顯微鏡（LSCM），獲得了南海硨磲680天（2012年1月29日至2013年12月9日）清晰連續的天紋層成像，同時利用納米離子質譜（NanoSIMS），獲得了小時分辨率的硨磲殼體Sr、Ca、Fe、Ba等元素。據此建立了該段時間內天-小時分辨率的硨磲生物地球化學指標序列，如天生長速率、鍶鈣比（Sr/Ca）、鐵鈣比（Fe/Ca）、海表生產力熒光記錄等。進一步的分析表明，這些超高分辨率指標序列中的脈沖式突變，幾乎都與南海北部的極端天氣事件有關，如夏季的臺風和冬季的寒潮。比如，在臺風襲擊南海北部的時候，硨磲天生長速率會因為天氣狀況的變差而降低，同時臺風帶來的強風攪動可以導致海洋表層Fe、Ba等營養鹽的升高和表層生產力的增加。
這一研究表明，硨磲在LSCM和NanoSIMS的支持下，可以提供天-小時分辨率的生物地球化學記錄，而這些超高分辨率的記錄有潛力用于研究過去發生的臺風、寒潮等極端天氣事件，以及熱帶季節內震蕩（MJO）、日周期循環等天氣尺度變化。持續的研究有希望將硨磲開發成前所未有的古天氣研究自然載體，獲取不同氣候背景下天氣系統的狀態和變率，將過去-現在和未來聯系起來，為預測全球變暖預期下極端天氣事件的發展趨勢提供依據。
該研究近日發表在《美國國家科學院院刊》（PNAS）。地球環境所研究員晏宏為第一作者，安芷生、晏宏，以及地質地球所研究員楊蔚為論文的通訊作者。研究受到中科院前沿重點研究計劃、中科院創新交叉團隊計劃、海洋國家實驗室開放基金等的支持。
圖1 活體硨磲照片（左）；硨磲殼體照片（右）
圖2 激光共聚焦顯微鏡獲取的硨磲天紋層熒光成像（綠色底圖）；納米離子質譜獲取的小時分辨率硨磲Sr/Ca比值。熒光底圖的一個紋層以及Sr/Ca的一個周期變化代表一天
圖3 西沙硨磲小時分辨率Fe/Ca記錄的脈沖式變化均與當地臺風活動對應（2013年6-12月）；（d）南海西沙風速器測記錄，（e）影響西沙的臺風，（f）硨磲Fe/Ca。
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