Mg and 18O Variations in the Shell of the Chilean Gastropod Concholepas concholepas Reflect SST and Growth Rate variations.
Concholepas concholepas
Cuif, J. P, Guzman, N, Lazareth, C. E, Ortlieb, L., Poitrasson, F
https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2004AGUFM.B21B0877G/abstract
Para validar el uso de conchas de moluscos fósiles como registradores de las condiciones ambientales, se llevó a cabo un estudio de calibración primaria en conchas modernas del gasterópodo chileno Concholepas concholepas, el llamado abulón del hemisferio sur, que es particularmente abundante en los sitios arqueológicos del Holoceno. Los organismos se mantuvieron en tanques de cultivo y se alimentaron con mitílidos vivos. La temperatura del agua de mar en el tanque se registraba cada media hora mediante un dispositivo automático. El experimento duró varios meses. El marcado periódico con calceína proporcionó un control cronológico preciso del crecimiento de la concha. Por lo tanto, los perfiles químicos de alta resolución bien datados podrían compararse directamente con las temperaturas durante la formación de la capa. Los análisis geoquímicos de las capas de calcita incluyen composición de Mg, Sr y 16O/18O. Los oligoelementos se analizaron mediante ablación láser ICP-MS y una microsonda electrónica, mientras que los isótopos estables se midieron mediante una espectrometría de masas de iones secundarios (SIMS). La tasa de crecimiento de la concha durante dos meses de formación varió entre 30 y 140 µm/día, lo que nos permite alcanzar una resolución temporal para los perfiles químicos entre unas pocas horas y tres días. Las variaciones en la tasa de crecimiento no parecen estar relacionadas con las fluctuaciones de temperatura. Sólo el contenido de Mg fue reproducible analíticamente y mostró variaciones significativas entre las conchas. Los perfiles de alta resolución de Mg presentan una forma muy sinusoidal. Las conchas de diferentes sitios de las costas de Chile mostraron contenidos medios de Mg de 300 ppm y 500 ppm para temperaturas medias de 17 y 20° C, respectivamente. Esto sugiere una gran correlación entre el Mg y la temperatura. Sin embargo, los resultados de Mg de alta resolución no muestran un ajuste exacto ni con la temperatura ni con las tasas de crecimiento. Otros parámetros, como el envejecimiento de la concha, sugerido por un aumento de amplitud observado cerca del borde de una de las conchas, u otros factores biológicos complejos, pueden influir en la incorporación de Mg a la concha. Los valores de delta 18O de la calcita varían entre -1,5 y 2,0 permil para un rango de temperatura entre 17 y 22° C. Las variaciones en la tasa de crecimiento parecen ser un factor importante que afecta la proporción isotópica de oxígeno dentro de las conchas. Cuando las variaciones de la tasa de crecimiento son limitadas, delta 18O y la temperatura están bien correlacionadas. El estudio confirma que, como ocurre con todos los carbonatos biogénicos, la composición elemental e isotópica de la capa de calcita de este gasterópodo no debe utilizarse en reconstrucciones paleoambientales sin experimentos de calibración detallados y debe incluir sistemáticamente análisis precisos de la tasa de crecimiento. Los ritmos de crecimiento, que varían bajo la doble influencia de factores ambientales y biológicos, son de suma importancia en la relación entre los parámetros ambientales y la composición geoquímica de las capas de crecimiento de las conchas.
To validate the use of fossil mollusc shells as recorders of environmental conditions, a primary calibration study was carried out on modern shells of the Chilean gastropod Concholepas concholepas, the so-called southern hemisphere abalone which is particularly abundant in Holocene archaeological sites. Organisms were maintained in culture tanks and feed with live mytilids. The sea water temperature in the tank was recorded every half-an-hour by an automatic device. The experiment lasted several months. Periodical marking with calcein provided a precise chronological control of the shell growth. Thus, well-dated high resolution chemical profiles could be directly compared with temperatures during shell formation. Geochemical analyses of the calcite layers include Mg, Sr and 16O/18O composition. Trace elements were analysed using Laser Ablation ICP-MS and Electron Microprobe while stable isotopes were measured on a Secondary Ion Mass spectrometry (SIMS). The shell growth rate during two months of formation varied between 30 and 140 µm/day which allows us to reach a temporal resolution for chemical profiles between a few hours and three days. The growth rate variations do not seem to be related to temperature fluctuations. Only Mg content was analytically reproducible and showed significant variations across the shells. The Mg high-resolution profiles display a grossly sinusoidal shape. Shells from different sites along the coasts of Chile showed mean Mg contents of 300 ppm and 500 ppm for mean temperatures of 17 and 20° C, respectively. This suggests a gross correlation between Mg and temperature. However, high resolution Mg results do not show an exact fitting neither with temperature nor with growth rates. Other parameters, like shell ageing as suggested by an amplitude increase observed near the edge of one of the shells, or other complex biological factors, may influence Mg incorporation into the shell. delta 18O values of the calcite vary between -1,5 and 2,0 permil for a temperature range between 17 and 22° C. Growth rate variations seem to be an important factor affecting the oxygen isotopic ratio within shells. When growth rate variations are limited, delta 18O and temperature are well correlated. The study confirms that, like for all biogenic carbonates, elemental and isotopic composition of the calcite layer of this gastropod, should not be used in paleoenvironmental reconstructions without detailed calibration experiments, and must systematically include precise growth rate analyses. The growth rhythms, which vary under the double influence of environmental and biological factors, are of paramount importance in the relationship between environmental parameters and geochemical composition of the growth layers of the shells.
