Advances in global bioavailable strontium isoscapes
Advances in global bioavailable strontium isoscapes
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DOI：
10.1016/j.palaeo.2020.109849
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发表时间：
2020-10-01
影响因子：
3
通讯作者：
Bowen, Gabriel J.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Bataille, Clement P.;Crowley, Brooke E.;Bowen, Gabriel J.
锶同位素比 (Sr-87/Sr-86) 是考古学、法医学、古生态学和环境科学等来源应用中的常用工具。在来源研究中使用生物可利用的 Sr-87/Sr-86 需要将感兴趣样品的 Sr-87/Sr-86 与 Sr-87/Sr-86 基线进行比较。从历史上看，这些基线需要建立植物或当地动物的经验数据集，以表征当地生态系统可用的 Sr-87/Sr-86（生物可利用的 Sr-87/Sr-86）。然而，研究人员越来越依赖建模的生物可利用 Sr-87/Sr-86 图（称为 isoscapes）。我们回顾了用于来源研究的生物可利用的 Sr-87/Sr-86 绘图的现有方法的优点和局限性，并提出了一个全球适用的、可扩展的和可编辑的框架，用于创建生物可利用的 Sr-87/Sr-86 等景观。该框架依赖于：1）编译全球生物可利用的Sr-87/Sr-86数据； 2) 绘制岩石中 Sr-87/Sr-86 的变异性图； 3）利用全球环境协变量； 4) 应用随机森林回归方法整合这些数据来预测生物可利用的 Sr-87/Sr-86。当随机森林模型应用于全球范围时，它表现良好（解释了全球生物可利用 Sr-87/Sr-86 数据集 60% 的方差），并考虑了地质、地貌和大气控制。在数据丰富的地区（例如欧洲），全球生物可利用的 Sr-87/Sr-86 等值景观可以成功外推到没有生物可利用的 Sr-87/Sr-86 数据的广阔地区。然而，我们还表明，这种推断在地质极其复杂且数据匮乏的地区（例如马达加斯加）可能无效。我们提出了提高全球生物可利用 Sr-87/Sr-86 等景图准确性的研究方向，其中包括： 1) 增加数据贫乏地区生物可利用数据集的收集； 2) 协调生物可利用的 Sr-87/Sr-86 数据的数据管理实践和元数据收集； 3）依靠遥感和地质测绘技术的进步来改善地质协变量。虽然细化 Sr-87/Sr-86 等景图的巨大潜力仍然存在，但本次综述中提供的数据产品构成了在大规模起源研究中使用 Sr-87/Sr-86 数据的基础，从而在一系列领域开辟了新的研究途径。
Strontium isotope ratios (Sr-87/Sr-86) are a popular tool in provenance applications in archeology, forensics, paleoecology, and environmental sciences. Using bioavailable Sr-87/Sr-86 in provenance studies requires comparing the Sr-87/Sr-86 of a sample of interest to that of Sr-87/Sr-86 baselines. Historically, these baselines required building empirical datasets from plants or local animals to characterize the Sr-87/Sr-86 available to local ecosystems (bioavailable Sr-87/Sr-86). However, researchers are increasingly relying on modeled bioavailable Sr-87/Sr-86 maps (called isoscapes). We review the advantages and limitations of existing approaches to mapping bioavailable Sr-87/Sr-86 for provenance studies and propose a globally applicable, scalable, and editable framework for creating bioavailable Sr-87/Sr-86 isoscapes. This framework relies on: 1) Compiling global bioavailable Sr-87/Sr-86 data; 2) Mapping Sr-87/Sr-86 variability in rocks; 3) Leveraging global environmental covariates; and 4) Applying a random forest regression method that integrates these data to predict bioavailable Sr-87/Sr-86. When the random-forest model is applied at the global scale it performs well (explaining 60% of the variance of the global bioavailable Sr-87/Sr-86 dataset), and accounts for geological, geomorphological and atmospheric controls. In data-rich regions (e.g., Europe), the global bioavailable Sr-87/Sr-86 isoscape can be successfully extrapolated to broad regions without bioavailable Sr-87/Sr-86 data. However, we also show that this extrapolation may not be valid in exceptionally geologically complex and data-poor regions (e.g., Madagascar). We suggest research directions to improve the accuracy of global bioavailable Sr-87/Sr-86 isoscapes, which include: 1) Increasing the collection of bioavailable datasets in data-poor regions; 2) Harmonizing data management practices and metadata collection for bioavailable Sr-87/Sr-86 data; and 3) Relying on advances in remote sensing and geological mapping techniques to improve geological covariates. While significant potential to refine Sr-87/Sr-86 isoscapes remains, the data products provided in this review form a basis for using Sr-87/Sr-86 data in large-scale provenance studies, opening new research avenues in a range of fields.