日本东北与北海道地区琥珀的傅里叶变换红外光谱（FT-IR）分类研究及其古环境意义

本研究通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）技术对日本东北地区晚白垩世Kuji和Iwaki琥珀、北海道地区晚白垩世Pombetsu与Manji琥珀及始新世Sunago琥珀，以及中国抚顺始新世琥珀进行系统分析。研究人员基于光谱特征和主成分分析（PCA）将琥珀分为三类，揭示了不同地质时期琥珀形成森林的亲缘关系及古环境差异，为东亚晚白垩世至始新世古地理重建和古植物分布提供了关键证据。

　　

琥珀，这种由远古树脂化石形成的有机宝石，不仅是人类文明史上的珍贵装饰品，更是揭示地球古环境和生物演化的重要窗口。日本东北与北海道地区蕴藏着丰富的琥珀资源，其形成年代跨越晚白垩世至始新世，但长期以来，这些琥珀的古植物来源和形成环境的关系尚未明确。尤其值得注意的是，北海道Mikasa地区同时产出晚白垩世和始新世琥珀，两者相距仅数公里却相隔4000万年，这一奇特现象为研究地质变迁与古生态演化提供了独特样本。此外，日本列岛在始新世位于欧亚板块东缘，随着日本海的形成，其与东亚大陆的古地理关系发生巨变，琥珀的化学特征可能记录了这一过程的关键信息。

为解答这些问题，来自日本石卷専修大学（Ishinomaki Senshu University）的研究人员Akira Yoshihara和Tomoki Karasawa开展了一项系统的傅里叶变换红外光谱（FT-IR）研究。他们分析了日本东北地区晚白垩世Kuji和Iwaki琥珀、北海道晚白垩世Pombetsu与Manji琥珀、北海道始新世Sunago琥珀以及中国抚顺始新世琥珀的FT-IR光谱特征，并结合主成分分析（PCA）进行数据挖掘。研究结果发表在《Vibrational Spectroscopy》上，为理解东亚地区琥珀形成森林的亲缘关系和古环境变迁提供了新的科学依据。

研究团队运用了傅里叶变换红外光谱（FT-IR）技术对琥珀样本进行非破坏性分析，通过特征峰位（如"Baltic shoulder"）和光谱模式识别不同琥珀的化学组成差异。主成分分析（PCA）被用于量化光谱数据的分类，揭示组间差异性。此外，研究还结合地质调查数据（如北海道Mikasa地区上白垩统Yezo群）和古地理重建，探讨琥珀形成环境与地质事件的关系。样本来源包括博物馆收藏、商业采购（如Kuji Kohaku公司）和实地采集（如Mikasa市博物馆保存的岩石样本）。

Results and discussion
光谱学分析部分
FT-IR光谱成功将琥珀分为三类：第一类为不含方解石的Kuji和Iwaki琥珀，其光谱特征与波罗的海琥珀明显不同；第二类为北海道晚白垩世Pombetsu和Manji琥珀，这些样本普遍含有不同浓度的方解石，光谱特征与第一类差异显著；第三类为北海道始新世Sunago和中国抚顺琥珀，两者光谱高度相似。PCA分析中PC1和PC3得分图进一步验证了这一分类结果，表明每组琥珀可能来源于相同或近缘的成林树种。

地质学讨论部分
地质调查显示，Pombetsu琥珀比Manji琥珀早约400万年形成，且分别埋藏于陆相和浅海相环境。晚白垩世北海道与东北地区琥珀的显著差异（方解石含量、光谱特征）强烈暗示两地具有不同的成林环境。而始新世Sunago与抚顺琥珀的相似性表明，尽管现今两地相距1500公里，但在日本海形成前，它们同处于欧亚板块东缘的相似古环境中。

Conclusions
研究通过FT-IR光谱和PCA分析，首次将日本东北与北海道地区的琥珀按地质年代和化学特征明确分为三类，证实了晚白垩世两地琥珀形成环境的差异性，以及始新世日本与抚顺琥珀形成森林的亲缘性。这一发现为重建东亚晚白垩世至始新世的古植物分布和古地理格局提供了分子级别的证据，同时展示了FT-IR技术在古环境研究中的强大应用潜力。研究还提出，方解石的存在可作为区分海相与陆相琥珀形成环境的重要指标，为未来琥珀产地鉴定和古环境重建提供了新思路。