气候变化背景下沉积物来源的变迁：智利中部半干旱安第斯山脉地区的沉积物来源与迁移过程

《Geomechanics for Energy and the Environment》：Shifting sediment sources in a changing climate: provenance and transfer in the semi-arid Andes in central Chile

气候变化导致安第斯山脉马普伊上游流域沉积物来源与传输机制变化，干旱期冰川融水主导沉积物供给，极端降水事件触发低海拔滑坡快速输送沉积物，显著改变流域内沉积组成与传输路径

　　全球气候变化正深刻影响着山地河流系统的沉积物动态，这种变化不仅改变了沉积物的搬运过程，还对流域内的连通性和地貌响应产生了重要影响。本文聚焦于智利中心半干旱安第斯山脉的马皮奥上流域（Maipo Alto Basin），该地区近年来经历了严重的“大干旱”以及极端的水文气候事件。通过分析该流域在2019-2021年两个高流量季节（春季和夏季）中采集的沉积物样品的Sr和Nd同位素组成，研究者试图揭示当前气候条件下沉积物来源的变化及其在流域内的转移路径。此外，2021年1月的一次异常强降水事件引发了广泛的泥石流，为研究极端气候事件对沉积物来源和转移路径的影响提供了独特的机会。

在当前的水文气候条件下，研究结果表明沉积物主要来源于流域上部的特定区域，这些区域的岩石主要由第四纪火山岩和中生代地层构成，尤其集中在冰川化流域。这一同位素信号表明，冰川融水在沉积物的搬运过程中扮演了重要角色，增强了冰下源与河流网络之间的连通性。然而，极端的夏季降水事件显著改变了这一动态，使得来自低海拔坡地的沉积物成为主要来源。这些坡地岩石主要由新生代和中生代地层构成，表明在极端降水条件下，沉积物的来源和转移路径发生了显著变化。泥石流迅速将大量沉积物输送到河道系统中，这不仅改变了流域内的沉积物组成，也凸显了高频率、低强度极端事件在调节沉积物连通性方面的重要作用。

研究进一步指出，这种变化对流域内的基础设施、水资源以及地貌和生态系统的稳定性构成了挑战。随着全球气候变暖的持续，预计智利中心地区的极端降水事件将更加频繁，季节性径流模式也将发生变化。这些变化可能会进一步加剧沉积物的转移过程，使得沉积物的来源更加依赖于冰川，而极端降水事件则可能成为推动沉积物搬运的关键因素。这种趋势可能对河流下游的生态系统产生深远影响，尤其是在水资源管理和防洪减灾方面。

在这一背景下，马皮奥上流域的地质和地貌特征为研究提供了理想的条件。该流域位于智利安第斯山脉的中心地带，大约位于南纬33度，其地形年轻、陡峭，地势从海拔920米到6509米不等。流域内包括四条主要支流，从南到北依次为马皮奥河、火山河、耶索河和科罗拉多河。这些支流在不同的气候条件下表现出不同的沉积物动态特征，尤其是在冰川融水主导的春季和夏季，以及极端降水事件发生时。研究者通过对比不同季节和不同地点采集的沉积物样品，发现其同位素组成存在显著差异，这反映了沉积物来源和转移路径的变化。

研究中采用的Sr和Nd同位素分析方法是评估沉积物来源的常用手段。这些同位素在不同岩石类型中具有独特的组成特征，特别是在火成岩中，它们的初始浓度反映了岩浆分异过程。通过分析这些同位素的组成，研究者能够识别出沉积物的来源区域，并进一步探讨其在流域内的转移机制。在正常年份，沉积物主要来源于冰川化区域，而在极端降水事件发生时，来自低海拔地区的沉积物则成为主导因素。这种变化不仅影响了沉积物的组成，还对流域内的沉积物通量产生了重要影响。

此外，研究还关注了沉积物在河流不同部位的分布情况。例如，通过比较河床沉积物与悬移沉积物的粒径分布，研究者发现河床沉积物中细粒物质的比例显著高于悬移沉积物。这一现象表明，在极端降水事件中，细粒沉积物更容易被快速搬运到河流系统中，而粗粒沉积物则可能在沉积过程中被保留下来。这种粒径分布的差异对于理解沉积物的搬运机制和沉积物来源具有重要意义。

研究者在采集样品时，特别关注了极端降水事件期间的沉积物变化。在2021年1月的强降水事件中，降雨量高达100毫米，且0度等温线相对较高，这导致了大量山体滑坡的发生，同时伴随着极高的河流流量和沉积物负荷。这种极端事件不仅增加了沉积物的供给量，还改变了沉积物的组成和分布模式。通过分析这一事件期间采集的沉积物样品，研究者能够更全面地了解沉积物在极端气候条件下的动态变化。

研究结果表明，极端降水事件对沉积物来源和转移路径的影响是显著的。在这些事件发生时，沉积物的来源可能从传统的冰川化区域扩展到更广泛的坡地区域，这使得沉积物的组成更加多样化。然而，随着降雨量的减少，沉积物的来源又可能逐渐回归到传统的冰川化区域。这种动态变化反映了极端气候事件在调节沉积物连通性方面的作用，同时也揭示了山地河流系统对气候变化的敏感性。

总体而言，本研究为理解气候变化背景下山地河流系统的沉积物动态提供了重要的见解。通过分析Sr和Nd同位素组成，研究者能够识别出沉积物的来源，并探讨其在不同气候条件下的转移机制。这些发现不仅有助于评估当前气候条件下沉积物的来源和转移路径，还为预测未来气候变化对沉积物动态的影响提供了依据。在极端降水事件的背景下，沉积物的来源和转移路径的变化可能对流域内的基础设施、水资源管理和生态系统稳定性产生深远影响。因此，监测和研究这些变化对于制定有效的应对策略具有重要意义。