亚马逊海岸圣马科斯湾红树林中地源本底与最上部近期沉积物的区分

《Regional Studies in Marine Science》：Distinguishing geogenic backgrounds from uppermost recent deposits in S?o Marcos Bay mangroves, Amazon coast

　　

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  年代标定的红树林岩芯记录了约1600年的元素富集历史。
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  红土母质来源可能解释了铁、铝、铬、镍和铜天然偏高的现象。
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  铝—铁—钛相控制了大部分潜在毒性元素。
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  汞、镉和砷与有机质及氧化还原循环相关联。
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  近期表层沉积物在当地本底条件下富集程度较低。

引言

红树林广泛分布于热带和亚热带地区，生长在潮间带、河口及三角洲系统之中（Klein, 1977, Walker, 2006）。其全球面积约为140,000?平方公里（Spalding et al., 2010, Giri et al., 2011），但它是地球上受威胁最严重的生态系统之一（Duke et al., 2007）。全球约25%至30%的红树林面积已因森林砍伐而丧失，按照当前趋势，生态系统可能在下一个世纪内崩溃（Worthington et al., 2020, Fauzi et al., 2026）。

多种人为压力导致红树林退化，包括水产养殖、木材和木炭开采、农业开发、城市化、疏浚、石油泄漏以及未经处理的废弃物排放（Ferreira and Lacerda, 2016, Kumar et al., 2016, Duke et al., 2007, Rahman et al., 2019, Goldberg et al., 2020, Maurya and Kumari, 2021）。在巴西，红树林面积约9,940?平方公里，其中约73%分布在亚马逊海岸沿线（Diniz et al., 2019）。该区域特别容易受到不可持续的水产养殖、城市扩张和港口相关活动的威胁（Nicolodi and Petermann, 2010, Diniz et al., 2019）。遥感分析表明，城市开发和道路建设是亚马逊红树林丧失的主要驱动因素（Hayashi et al., 2023）。因此，需要进行实地环境评估以量化这些胁迫因素，尤其是与未经处理的污水排放和 intense 港口作业相关的胁迫因素。

由于红树林沉积物颗粒细、有机质含量高，有助于强吸附潜在毒性元素（PTEs），因而成为有效的PTE汇（Lacerda et al., 1993, Alongi, 1998, Chatterjee et al., 2007）。这些沉积物因此充当污染的沉积档案，记录了自然和人为输入随时间的变化（Valette-Silver, 1993, Pereira et al., 1998, Chatterjee et al., 2007）。在亚马逊东北海岸，圣马尔科斯湾（S?o Marcos Bay）的红树林受到巴西第二大港口群高强度航运活动的影响，同时还承受来自工业、生活和农业来源的排放（Carvalho Neta et al., 2019）。以往研究表明，受伊塔基港和阿卢马尔/阿科阿港影响的区域，其沉积物和Ucides cordatus蟹组织中砷、镉、铬、铜、镍和锌的浓度高于卡拉纽霍斯岛（Caranguejos Island）等原始参考点，后者位于巴伊沙达马拉涅NSE环境保护区（Baixada Maranhense Environmental Protection Area）（Jesus et al., 2021）。此类评估中反复出现的一个难点在于，发育在热带、深度风化地貌上的红树林通常天然含有较高的铁、铝和多种微量金属浓度，因此数值偏高并不意味着污染。广泛分布于湿润热带地区的红土和风化铁铝母质强烈富集铁和铝的氢氧化物以及成岩微量元素如铬、镍、铜、钒和钴，这些元素被相邻潮间带累积的细粒沉积物所继承（Horbe and Costa, 1997, Marchand et al., 2006, Otero et al., 2009）。亚马逊海岸的红树林尤其排洪发育在巴雷拉斯组（Barreiras Formation）和前寒武纪基岩上的红土剖面，其铁、铝、铬和镍含量始终远高于平均页岩值（Costa et al., 2004, Berrêdo et al., 2008）。叠加在这一地质本底之上，细粒质地、高有机质含量和还原性、硫化物环境通过吸附和自生硫化物形成进一步浓缩亲铜性和氧化还原敏感元素（汞、砷、镉）。因此，建立站点特异性的地质本底是归因PTE清单中任何部分源于人为活动的前提条件。

这些条件提供了一个区分PTE自然本底水平与近几个世纪大规模人类工业活动所产生的污染的机会。为此，本研究整合了圣马尔科斯湾受影响区域和相对原始区域的红树林的沉积学、无机和有机地球化学分析、放射性碳定年以及近全量PTE测定。通过结合现代和历史记录，我们的目标是阐明PTE输入的来源和时间，并区分自然地球化学本底与人为富集。

章节摘要

地质与地貌

圣马尔科斯湾位于圣路易斯—格拉茹盆地（S?o Luís–Grajaú Basin）的北部扇区，沉积填充在沉积中心厚度可达约4,000?米。该地层序列包括白垩纪至新生代岩石（Aranha et al., 1990, Góes and Rossetti, 2001, Paz and Rossetti, 2001）。白垩纪地层序列包括科多组（Codó Formation），由阿普第期—阿尔布期页岩、石灰岩和互层的蒸发岩组成；以及格拉茹组（Grajaú Formation），由白色

采样点与野外操作

研究区域的红树林位于圣马尔科斯湾的潮间带，处于亚马逊生物群系的东北边界（图1）。采样点根据其靠近城市化区域——特别是圣路易斯市（S?o Luís，法律亚马逊地区人口第三多的城市（IBGE 巴西地理与统计研究所，2023）——以及工业和港口设施的远近，被划分为两个区域。

第一区域（东部红树林）直接受人为活动的影响

历史与现代红树林沉积物的年龄框架与潮间带相组织

从BSM岩芯中获取的沉积物表明，最大建模沉积年龄约为1600?年校准前年（cal yr BP）（BSM 01），其余岩芯年代跨度约为550–1120?年校准前年，且大多数年代落在过去一千年内（表2）。根据年龄—深度模型，小于100?年校准前年（约公元1850–1950年）的沉积物在此被称作最上部晚历史/近期沉积物，而更老的沉积物则被视为前工业时期（历史时期）沉积物，代表自然本底条件。

结论

圣马尔科斯湾的红树林沉积物记录了一段明确定义的地球化学历史，能够区分自然本底条件与最上部近期沉积物。历史沉积物（>100?年校准前年）表现出铁、铝、铬、镍、铜、铅、锌、砷、汞、锰、钼、钴、钒和锡的地质本底富集，其来源为红土剖面及其他区域岩性，包括巴雷拉斯组的风化沉积物。钡显示出混合的岩源和河口/海洋亲和性，被解释为

资金支持

本研究由瓦莱技术研究院（Instituto Tecnológico Vale）资助（项目编号：R100603.95.04.BSM）。巴西国家科学和技术发展委员会（CNPq）向JTFG（CNPq 314438/2023-8）、PWMSF（CNPq 304866/2022-9）和MLC（CNPq 304967/2022-0）提供了研究奖学金。

作者贡献声明

Wilson Rocha Nascimento Jr：撰写—审阅与编辑，形式分析，数据整理。Marcio Sousa da Silva：撰写—审阅与编辑，监督指导。Pedro Walfir Martins e Souza-Filho：撰写—审阅与编辑，资源获取，项目管理。Marcondes Lima da Costa：撰写—审阅与编辑，撰写—初稿，可视化。José Tasso Felix Guimar?es：撰写—审阅与编辑，撰写—初稿，可视化，验证，监督指导，资源获取，方法学，

利益冲突声明

作者声明不存在已知的竞争性经济利益或个人关系可能影响本文所报告的工作。

致谢

感谢瓦莱技术研究院的野外和实验室团队对取芯、定年和地球化学样品制备的支持。

Alessandro Sabá Leite|José Tasso Felix Guimar?es|Marcondes Lima da Costa|Marcio Sousa da Silva|Wilson Rocha Nascimento|Pedro Walfir Martins e Souza-Filho