腕足动物是海洋无脊椎动物，最早出现在大约5.3亿年前的寒武纪早期（Carlson, 2016, Harper et al., 2017, Gilbert et al., 2022）。尽管自中生代以来它们的属多样性有所下降（Carlson, 2016, Guo et al., 2024），尤其是在上升流系统中的物种丰富度减少（Zezina et al., 2001, Ye et al., 2021），以及低纬度浅水区的体型缩小（Peck and Harper, 2010, Harper and Peck, 2024），它们至今仍存在于现代海洋中。虽然腕足动物门的几个目分泌由有机磷酸盐或高镁方解石构成的壳，但大多数现存和已灭绝物种的壳由低镁方解石组成（Mg/Ca < c. 50 mmol mol?1，Morrison and Brand, 1986, Ullmann et al., 2017aa）。这些低镁方解石壳在化石记录中通常结构和化学保存良好，因此有助于对显生宙古环境的许多重要研究（例如，Popp et al., 1986, Veizer et al., 1999, Korte et al., 2005, Rasmussen et al., 2016, Johnson et al., 2020）。
尽管最初认为腕足动物是可靠的古环境地球化学档案（Lowenstam, 1961），但在腕足动物壳的某些部分（如牙齿和肌肉疤痕）发现了同位素不平衡（Wefer, 1985, Carpenter and Lohmann, 1995, Parkinson et al., 2005, Bajnai et al., 2018, Davies et al., 2023），这些部分在化学上也有所不同（Carpenter and Lohmann, 1995, Ullmann et al., 2017aa; Müller et al., 2022）。根据分类单元的不同，rhynchonellide和terebratulide壳可以分为微粒状的初级层和纤维状的次级层，有时还包括块状棱柱状的第三层（Simonet Roda et al., 2022）。大量研究表明，腕足动物最内层的次级壳或第三层壳与周围水体的同位素平衡最为接近（Auclair et al., 2003, Takayanagi et al., 2012, Romanin et al., 2018, Rollion-Bard et al., 2019）。同时，对化石低镁方解石由于成岩作用而发生的结构和化学变化的理解也取得了显著进展，这方面的研究主要基于化石腕足动物（例如，Brand and Veizer, 1980, Riechelmann et al., 2016, Fujioka et al., 2019）。这些研究促成了成岩趋势的标准情景的制定和完善，并利用现存分类单元的化学数据目录（例如，Morrison and Brand, 1986, Carpenter and Lohmann, 1992, Brand et al., 2003）来证明化石壳方解石的保存情况（例如，Veizer et al., 1999, Voigt et al., 2003, Mii et al., 2013）。
关于壳的微观和超微结构（Simonet Roda et al., 2022, Radulovi? et al., 2025）、化学元素分布（Rollion-Bard et al., 2019, Müller et al., 2022, Crippa et al., 2025）以及同位素示踪剂在腕足动物方解石中的结合（Penman et al., 2013, Bajnai et al., 2018, Washington et al., 2020）的研究仍然非常活跃。关于腕足动物壳化学的基础研究已经确定了不同目之间的地球化学差异（例如，Carpenter and Lohmann, 1992, Brand et al., 2003, 2013），目前大约有三分之一的现存腕足动物属的化学数据可用（例如，Brand et al., 2003, Ullmann et al., 2017aa）。然而，对于许多这些分类单元，仅进行了少量的测量，并且测试的元素数量有限，这成为在化石材料上可靠使用这些指标的主要障碍。类似于对牡蛎（Ullmann et al., 2013a）和藤壶（Albuquerque et al., 2016）的研究，对于大多数现存腕足动物来说，仍缺乏详细的地球化学特征描述及其种内和种间变异性数据（但参见Ullmann et al., 2017b）。这种关键数据的缺乏还因采样和分析方法的多样性而加剧，特别是在考虑到化石的保存状况通常较差，无法仅采集最佳部分的壳时（Ullmann, 2024）。此外，过去几十年中广泛可量化的某些同位素指标可能容易受到成岩作用的影响和污染（Li et al., 2021, Ullmann, 2024, Kasemann et al., 2025）。因此，它们的使用依赖于能够识别化石材料中的微小成岩影响。
为了解决腕足动物种内地球化学变异性研究不足的问题，本文旨在对多种现存腕足动物分类单元进行详细的化学表征，并初步评估可能的更广泛的系统发育模式。所选的分类单元Liothyrella uva, Magasella sanguinea, Magellania venosa, Terebratella dorsata和Notosaria nigricans代表了Rhynchonellida目和Terebratulida目，后者两个亚目都有代表（见表1）。尽管这些物种缺乏全面的化学表征，但它们已经成为了多种生物学和地球化学研究的对象，为理解元素/Ca数据提供了额外的背景。对于每个物种，我们基于至少五个标本和总共>100个样本研究了种内和种间变异性，同时控制了壳结构和样本位置。我们确定了至少1 mmol mol?1水平的元素（Na、Mg、S、Sr）的地球化学特征，并报告了通常用于量化化石标本变化的额外元素（Mn、Fe），以最大化对深时材料研究的实用性。基于这些数据，我们还确定了地球化学变异性范围和Mg-S的相关性，作为评估化石腕足动物壳保存状况的潜在额外工具。
