地球科学进展

地球科学进展 ›› 2024, Vol. 39 ›› Issue (12): 1262 -1271. doi: 10.11867/j.issn.1001-8166.2024.094

综述与评述 上一篇    下一篇

“生命效应”对礁区大型底栖有孔虫壳体碳氧同位素的影响
李玫(), 黄晓婷, 吴司琪()   
  1. 广西大学 广西南海珊瑚礁研究重点实验室，广西 南宁 530004
  • 收稿日期:2024-10-02 修回日期:2024-11-25 出版日期:2024-12-10
  • 通讯作者: 吴司琪 E-mail:LiMaeei1@outlook.com;wusiqi@gxu.edu.cn
  • 基金资助:
    国家自然科学基金青年科学基金项目(42402007);广西自然科学基金项目(2024GXNSFBA010231)

Influence of the “Vital Effect” on Carbon and Oxygen Isotopes of Large Benthic Foraminifera Shells in Reef Areas

Mei LI(), Xiaoting HUANG, Siqi WU()   

  1. Guangxi Laboratory on the Study of Coral Reefs in the South China Sea, Guangxi University, Nanning 530004, China
  • Received:2024-10-02 Revised:2024-11-25 Online:2024-12-10 Published:2025-02-28
  • Contact: Siqi WU E-mail:LiMaeei1@outlook.com;wusiqi@gxu.edu.cn
  • About author:LI Mei, research area includes foraminiferal isotopes. E-mail: LiMaeei1@outlook.com
  • Supported by:
    the National Natural Science Foundation of China(42402007);Guangxi Natural Science Foundation Project(2024GXNSFBA010231)
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深海底栖有孔虫碳氧同位素在古环境研究中应用广泛，然而，在浅海珊瑚礁区，大型底栖有孔虫为主要沉积物，其壳体的碳氧同位素值影响因素众多，尤其受到“生命效应”的影响，这限制了其在古环境重建中的应用。由此，系统梳理了导致大型底栖有孔虫碳氧同位素值产生偏差的主要影响因素，包括共生藻类、钙化方式、个体发育以及季节变化等，并深入探讨了这些因素对大型底栖有孔虫的碳氧同位素值产生影响的作用机理。同时，还进一步解读了大型底栖有孔虫碳氧同位素指标的应用潜力，尽管受到生命效应的影响，通过大量筛选合适属种、运用微区分析等方法，并结合其他古环境指标研究应用，该指标仍有可能成为珊瑚礁区古环境重建的有力工具，可为深入了解珊瑚礁区古环境演变提供支持。

关键词: 大型底栖有孔虫, 碳氧同位素, 生命效应

Carbon and oxygen isotopes of benthic foraminifera are widely used for paleoenvironmental reconstructions. However, large benthic foraminifera (LBF) shells, as the predominant sediment type in coral reef areas, exhibit isotope values influenced by many factors, especially the “vital effect”, which limits their application. Therefore, this study systematically categorizes the main factors contributing to deviations in the carbon and oxygen isotope values of LBF, including symbiotic algae, the calcification process, individual development, and seasonal variation. Furthermore, the mechanisms underlying these factors are thoroughly examined. Additionally, the potential applications of LBF carbon and oxygen isotope indices are analyzed. Despite the influence of vital effects, these indicators can still serve as powerful tools for paleoenvironmental reconstruction in coral reef areas by selecting suitable species, employing micro-area analysis, and integrating these indices with other paleoenvironmental proxies.

Key words: Large benthic foraminifera, Carbon and oxygen isotope, Vital effect

中图分类号: 

图1 大型底栖有孔虫共生藻类的光合速率和壳体碳氧同位素的关系（据参考文献［35］修改）
Fig. 1 Relationship between photosynthetic rate and shell carbon and oxygen isotopes of Large Benthic Foraminifera （LBF） symbiotic algae （modified after reference ［35］）
表1 大型底栖有孔虫共生藻类及碳氧同位素值（数据来自参考文献［3，25，36，38］） (‰，PDB)
Table 1 The values of Large Benthic Foraminifera （LBF） symbiotic algae and carbon and oxygen isotopes （data are from references ［3，25，36，38］）
目属种共生藻类环境信息δ13Cδ18Oδ13C偏差δ18O偏差
RotaliidaAmphisteginagibbosa硅藻阿帕拉苏礁-0.58~3.40-2.42~-0.37——
lessonii阿嘉岛岛礁0.2-1.820.3-4.0
radiata赛埃尔州大陆边缘0.6~2.1-1.7~-0.9——
Heterosteginadepressa阿嘉岛岛礁-1.01~-0.67-2.44~-2.20-4.8-0.3
depressa阿帕拉苏礁-0.61~0.61-1.81~-1.68——
heterosteginoides巴布亚新几内亚湾潟湖-1.304~0.320-4.292~-2.749——
Baculogypsinasphaerulata阿嘉岛岛礁-1.37~-0.85-1.71~-1.70-5.10.3
Calcarinagaudichaudii阿嘉岛岛礁-0.74~-0.15-2.46~-1.15-4.40.2
Neorotaliacalcar阿嘉岛岛礁0.06~0.31-2.34~-2.23-3.8-0.3
Assilinaammonoides巴布亚新几内亚湾潟湖-0.818~0.094-3.643~-2.265——
Buccellaperuviana无阿帕拉苏礁-0.700~2.630-1.860~-0.840——
MiliolidaArchaiasangulatus绿藻阿帕拉苏礁2.08~3.40-1.40~-0.96——
compressus阿帕拉苏礁2.78~3.49-1.71~-0.87——
Peneropliscarinatus红藻阿帕拉苏礁2.49~3.92-1.23~-0.39——
planatus阿嘉岛岛礁2.56~3.60-1.62~-0.79-0.80.8
planatus赛埃尔州大陆边缘1.9~3.3-1.5~-0.3——
Amphisorushemprichii甲藻阿嘉岛岛礁2.11~2.85-2.38~-1.87-1.4-0.1
Soritesmarginalis巴布亚新几内亚湾潟湖1.150~2.655-4.324~-3.502——
orbiculus阿嘉岛岛礁3.47-1.520.5-0.5
Marginoporakudakajimaensis阿嘉岛岛礁1.66~2.51-2.43~-2.18-2.1-0.3
vertebralis巴布亚新几内亚湾潟湖1.521~2.416-3.910~-2.994——
Alveolinellaquoyii硅藻巴布亚新几内亚湾潟湖1.878~2.5223.452~-2.508——
Quinqueloculinalamarckiana无阿帕拉苏礁0.88~2.11-1.47~0.87——
图2 大型底栖有孔虫对 14C吸收的脉冲追踪实验图（据参考文献［41］修改）
Fig. 2 Pulse chase experiment for uptake of 14C in Large Benthic Foraminifera （LBF） （modified after reference ［41］）
图3 大型底栖有孔虫钙化途径的差异（据参考文献［42］修改）
（a） Rotaliida目；（b） Miliolida目。紫色表示碳来源于海水；橙色表示碳的来源除了海水，还有自身代谢、共生藻类光合作用等
Fig. 3 Differences in Large Benthic Foraminifera （LBF） calcification pathways （modified after reference ［42］）
（a） Rotaliida； （b） Miliolida. The carbon in the purple area comes from seawater， while the carbon in the orange area originates not only from seawater but also from internal metabolism， symbiotic algae photosynthesis， and other sources
图4 Amphistegina lessonii 的反射光显微镜图像（a）和“knob”区域图（b）
样品采自西沙群岛永乐环礁
Fig. 4 Reflected light microscope image of Amphistegina lessonii （a） and the image of its “knob” area （b）
Sample was taken from Yongle Atoll in Xisha Islands
图5 Amphistegina lobifera “knob”区域及其碳氧同位素特征
（a） Amphistegina lobifera的“knob”区域扫描电镜图，指示初级和次级方解石层位置； （b） 壳体δ18O（‰，PDB）值沿剖面长度变化（据参考文献［56］修改）
Fig. 5 The “knob” region of Amphistegina lobifera and its carbon and oxygen isotopic composition
（a） Scanning electron microscope image of “knob” area in Amphistegina lobifera showing the positions of the primary and secondary calcite layers.， sample was taken from Yongle Atoll in Xisha Island； （b） δ18O （‰， PDB） depth profile in the knob area of Amphistegina lobifera （modified after reference ［56］）
图6 Calcarina gaudichaudii 和 Amphisorus kudakajimensis 的δ18O值随温度变化图（据参考文献［58］修改）
Fig. 6 Temperature-dependent variation of δ18O values in Calcarina gaudichaudii and Amphisorus kudakajimensis （modified after reference ［58］）
图7 Amphistegina lessonii 壳内微区δ18O值与培养温度的关系（据参考文献［56］修改）
Fig. 7 Intra-shell δ18O measurements versus culture temperature for Amphistegina lessonii （modified after reference ［56］）
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