巴西瓜纳巴拉湾沉积记录揭示的2500年来气候振荡与植被响应：植硅体证据

本研究首次在巴西沿海海域应用植硅体多指标分析，结合粒度、矿物学和地球化学数据，重建了瓜纳巴拉湾（GB）近2500年的古气候演变。通过识别三次显著干旱事件（晚全新世干旱期、中世纪气候异常期和小冰期），揭示了ITCZ（热带辐合带）和SACZ（南大西洋辐合带）对区域降水的调控机制，为理解热带沿海地区气候-植被-人类活动耦合关系提供了新视角。

　　

在全球气候变化背景下，热带沿海地区作为气候敏感带，其环境演变机制一直是学界关注焦点。巴西东南部的瓜纳巴拉湾（Guanabara Bay, GB）作为南大西洋重要的河口系统，不仅承载着高度城市化压力，更是记录古气候信息的天然档案馆。然而，该区域晚全新世以来气候振荡与植被响应的关联机制尚不明确，特别是缺乏高分辨率的生物指标证据。传统研究多依赖孢粉或地球化学指标，而植硅体（phytolith）——这种植物细胞硅化形成的微体化石，在海洋沉积环境中的应用几乎空白。

为填补这一空白，来自巴西里约热内卢州立大学等机构的研究团队在《Quaternary Science Advances》发表了一项开创性研究。团队通过分析GB中部2.9米长的活塞岩芯（GB02），首次将植硅体作为核心指标纳入沿海多指标古环境重建体系。这项研究不仅揭示了ITCZ和SACZ两大气候系统对区域降水的调控作用，还识别出三次重大干旱事件与全球气候事件的对应关系，为预测未来气候变化对热带沿海生态系统的影响提供了历史参照。

研究团队采用多学科交叉技术：1）粒度激光衍射分析沉积物组成；2）X射线衍射（XRD）鉴定矿物相；3）LECO分析仪测定总有机碳（TOC）和总硫（S）；4）中子活化分析（INAA）和ICP-MS进行元素地球化学测定；5）植硅体形态学分类（依据ICPN 2.0标准）；6）²¹⁰Pb/¹³⁷Cs和AMS ¹⁴C联合建立年代框架。所有样品采集自GB中部水深12米处，覆盖约2500年连续沉积记录。

4.1 年代模型与沉积特征
岩芯GB02以细粒硅质碎屑沉积为主（黏土占比36.4±2.4%），沉积速率呈现两端高中间低的"马鞍形"分布（4.1-40 cm/百年）。高分辨率年代学显示，底部年龄可追溯至公元前415年，顶部沉积速率骤增与人类活动加剧时段吻合。C/S比值（3.0±0.4）指示沉积环境持续缺氧，伴随早期成岩过程中黄铁矿的形成。

4.2 矿物与地球化学信号
沉积物中页硅酸盐（55.8±5.7%）和石英（23.5±4.6%）占主导。化学蚀变指数（CIA=64.8±2.6%）显示中等风化强度，而Ti/Ca与Fe/Ca比值的周期性波动揭示了流域降水变化。特别值得注意的是，Zr/Sc和Th/Sc比值在三个干旱期（公元前415-50年、公元800-1300年、1550-1900年）显著升高，反映物源区化学风化减弱。

4.3 植硅体记录的气候密码
植硅体组合以Blocky（25.7±3.6%）、Bulliform flabellate（21.9±2.7%）和Elongate（16.6±3.0%）为主导。水分胁迫指数（Bi=75.4±8.3%）与树冠密度指数（D/P=0.15±0.03）呈现反相位变化，其中MCA期间Bulliform flabellate含量激增（反映植物水分胁迫加剧），而冷期标志性植硅体Rondel和Trapezoid在小冰期显著增多。

5.讨论
研究首次将GB的干旱事件与全球气候突变精准对应：1）晚全新世干旱期与南半球新冰期同步，可能与ITCZ南移导致的降雨带偏移有关；2）MCA期间的干旱响应与巴西洞穴石笋δ¹⁸O记录一致，反映SACZ活动减弱；3）LIA干旱则与安第斯冰川扩张期耦合。值得注意的是，植硅体组合对降水变化的敏感性远超传统地球化学指标，如C-value指数在干旱事件中平均下降15%。

这项研究的突破性在于：1）证实植硅体在海洋沉积环境中的保存可行性；2）建立ITCZ-SACZ双驱动模型解释热带沿海气候变异；3）为评估当前全球变暖背景下极端气候事件频率提供历史基线。随着GB周边人口突破1100万，理解自然气候振荡与人类活动的叠加效应，对制定海岸带适应性管理策略具有紧迫现实意义。