纳瓦里诺岛北部（约南纬55°）自约4.4千年前以来水生与陆地生态系统的演化——基于基莫阿湖高分辨率记录的推断

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Aquatic and terrestrial ecosystem evolution since ~4.4?ka in northern Isla Navarino (~55°S) inferred from a high-resolution record from Lago Kimoa

　　

•基莫阿湖提供了来自纳瓦里诺岛北部的高分辨率多代用记录。
•在约2.6–1.5校准千年前（cal ka BP），南半球西风带的影响减弱。
•在约1.5校准千年前至今，南半球西风带的影响增强。
•20世纪人类影响超过了过去约4400年的自然变率。

引言

南半球盛行西风（SWW）是南半球中纬度地区占主导地位的大气环流系统，影响着约30°S至60°S之间陆地的气候和生态系统演化。多项研究强调了SWW在塑造、传递和联系晚第四纪期间跨半球气候信号中的关键作用（Denton等，2021；Mayewski等，2017；Sime等，2013；Toggweiler等，2006；Garreaud，2007；Garreaud等，2009；Garreaud等，2013）。这一南半球大气系统与南大洋协同作用，影响着南极绕极流、全球深层水循环、溶解CO?的上涌与向大气通风以及向南极洲的热量通量等重大地球系统组分（Anderson等，2009；Denton等，2021；Toggweiler等，2006）。尽管SWW在现代和过去的气候动态中都发挥了关键作用，但关于其全新世演化仍存在相当大的不确定性，特别是在德雷克海峡邻近区域（Villacís等，2026）。

火地群岛（TDF，约53°–56°S）位于德雷克海峡的最南端大陆陆地，是研究气候演化及其对亚南极环境演化影响的关键区域（Heusser，1998；Sapkota等，2007）。然而，在约53°S以南，连续、高分辨率的SWW演化陆源记录非常稀缺。重建SWW沿南美洲南部边缘细尺度时间尺度和方向的变化，需要更好地了解TDF在全新世期间的环境变化。该地区用于基于湖泊沉积物的古气候重建的优势在于人为干扰的证据极少，这是由于史前低密度居住和历史时期人类活动的局限性所致（Orquera和Piana，2009）。

TDF的先前研究提出，在过去约6500年的千年时间尺度上，SWW增强了。这主要基于（i）植被历史显示，自约6.5千年前（ka = 距今校准年，以公元1950年为基准）以来，以南青冈属（Nothofagus）为主导的森林上升并持续，直到现今植被组成仅有微小变化（Heusser，1989, 1998；Markgraf，1991；Markgraf和Huber，2010；Borromei等，2016；McCulloch等，2019, 2020），（ii）森林扩张期间火灾活动稀少（Moreno等，2023），以及（iii）晚全新世期间冰川前进的复苏（Hall等，2019）。最近一项来自米塔湖（Villacís等，2026，图1）的研究，该湖位于纳瓦里诺岛中北部，通过解释水生和陆生微化石组合的变化，揭示了约2.8–1.6千年前和约0.8–0.6千年前SWW影响的世纪尺度减弱。米塔湖和TDF大多数研究中SWW的时间和方向与来自霍尔诺斯岛湖泊硅藻基海雾重建所报告的晚全新世（约4.2千年前）西风最小值形成鲜明对比（Perren等，2025）。这种分歧表明，需要改进我们对TDF在千年和世纪时间尺度上SWW空间动态的理解，特别是使用化石硅藻。在晚全新世期间TDF高分辨率SWW演化的清晰图景将能够与邻接区域（如大巴塔哥尼亚地区、南极半岛和环绕南大洋的亚南极岛屿）进行比较，从而增进我们对SWW行为以及与现代气候在时间上最接近、最可比较的水文气候异常的理解。

本研究报道了基莫阿湖高分辨率硅藻、花粉和宏观木炭记录，该湖是一个小型封闭盆地湖泊，位于纳瓦里诺岛西北部，跨越了约4400年的时期。我们的研究旨在重建基莫阿湖的环境变化，探讨晚全新世期间SWW的演化，并评估近期人类活动对湖泊的影响。具体而言，我们解决以下问题：（1）自约4.4千年前以来，基莫阿湖内及周边水陆生态系统如何演化？（2）这些生态系统变化是否指示了过去SWW的变率？（3）如果是，SWW影响变化的时间和结构如何与邻近扇区及其他南半球地区的其他古气候记录相比较？以及（4）近期人类引发的基莫阿湖变化与定居前记录中观察到的变率相比如何？

纳瓦里诺岛（图1）位于火地岛大岛以南，由比格尔海峡分隔。这一东西向的海峡在第四纪冰期期间曾被源自达尔文山脉的支流冰川多次占据。其最近一次最大推进发生在末次冰盛期（LGM，约35–18千年前），冰舌前缘到达比格尔海峡以东的皮克顿岛（Rabassa等，2000）。从LGM边缘撤回至达尔文山脉非常迅速，发生在约18.8–17.4千年前（Hall等，2013），与南极冰芯记录的区域增温一致（Jouzel等，2007）。尽管这些冰川动态早于本研究的时间焦点，但它们的形态学遗产影响了区域景观，包括表现为升高的全新世海洋海岸线和与古前冰湖相关的古岸线的均衡回弹调整（Borromei和Quattrocchio，2007）。

比格尔海峡的海侵在南北两岸均有记录，在约8.5–6.5千年前达到最高水位（Heusser，1998；Grill等，2002；Borromei和Quattrocchio，2007；Candel等，2011；Bj?rck等，2021；McCulloch等，2019）。此次最大海侵期间，相对海平面在纳瓦里诺岛东北部达到约10米海平面以上，在西北部达到约14米海平面以上，随后逐渐且稳定地下降至现今（Bj?rck等，2021）。

TDF和巴塔哥尼亚受SWW影响，它控制着温度、降水和地面风强度，驱动冰川和生态系统变化（Garreaud，2007；Garreaud等，2013；Moreno等，2023；Coronato等，2022）。SWW与南极绕极流、持续低压系统和邻近南极洲的共同作用，创造了一个寒冷、多风且湿润的环境。暴露的西向扇区和更受保护的东向区域之间形成了明显的降水梯度（图2）（Borromei等，2014；Garreaud，2007；Garreaud等，2013），这一梯度被安第斯山脉进一步加剧（Schneider等，2003；Garreaud等，2013；Moreno等，2023）。由SWW输送的太平洋水汽沿纳瓦里诺岛北部迅速向东减少，形成了森林、泥炭地和草地的镶嵌景观（Garreaud等，2013；Borromei等，2014）。其崎岖的地形由冰川作用塑造，具有深切河谷、广阔的泥炭沼泽和以南青冈属（Nothofagus pumilio、N. betuloides和N. antarctica）为主的亚南极森林（Heusser，1989）。纳瓦里诺岛是霍恩角-亚甘生物圈保护区的一部分，这是一个联合国教科文组织遗址，以其卓越的生物多样性和相对原始生态系统而著称（UNESCO，2005）。

在19世纪之前，人类对纳瓦里诺岛的影响微乎其微。自约7千年前便在此居住的亚甘人（San Román等，2017）保持了一种游牧的、以海洋为基础的生存方式，对陆地和淡水生态系统的影响极小（Orquera和Piana，2009）。智利和欧洲定居者的到来带来了深刻的变革，包括森林砍伐、大规模牲畜放牧和入侵物种的引入（Anderson等，2009；Rozzi等，2006）。

基莫阿湖（54°54′45″S，68°10′16″W；海拔19米）位于纳瓦里诺岛西北部，距乌斯怀亚约15公里东南方向，距威廉斯港约36公里西方向。该湖水面面积约39公顷，最大水深约10米（图2）。其相对较小的规模、封闭盆地水文特征和持续的高沉积物积累速率，最大化了其感知当地植被的能力，强烈表明该湖的沉积物剖面将提供高空间和时间分辨率。如前所述，该岛该扇区记录的全新世最高海侵在约8.5–6.5千年前达到14米海平面以上，当时海岸线位于基莫阿湖以北约600米处。鉴于湖泊目前的海拔为19米，该时期的直接海水淹没被认为不太可能。

当前气候特征为低平均温度、适度降水和频繁的西风及西南风（图1）。威廉斯港（54.93°S，67.61°W；海拔12米）Guardiamarina Za?artu气象站的气象数据（DGAC，2025）显示，年均温度范围为5.8°C至6.2°C，冬季最低温度可达?8°C。年降水量平均约600毫米，盛行西风和西南风的平均风速达到20–22公里/小时。研究区域水文平衡的变化与SWW影响的变化密切相关。然而，850 hPa纬向风与当地降水量之间的相关性相对较低（图2；Climate Reanalyzer，2026），表明除SWW外还有其他水汽来源通过年循环变化。此外，不能排除贫水汽焚风的影响，尽管比格尔海峡可能是与SWW相关水汽运输的重要通道（Heusser，1998）。在本研究中，考虑到该扇区的强烈岛屿性、火地岛安第斯山脉相对较低的海拔、低气候季节性和与该地区温带湿润西部环境相似的较低蒸发速率，我们将SWW影响解释为基莫阿湖水文平衡变化的主要驱动力（Heusser，1995）。

各节摘要

材料与方法：我们用Lowrance Elite声呐沿湖泊盆地的多个横断面获取了基莫阿湖的水深测量数据。我们从西南子湖盆（最大水深约7.5米）中获取了沉积物岩芯，包括用7.5厘米直径的活塞取芯器收集的沉积物-水界面岩芯（PS2206SC1），与同一区域用5厘米直径的Livingstone活塞取芯器获得的TDF2301B岩芯系列、T1和T2段重叠。我们对沉积物-水界面岩芯进行了子采样……

结果：本研究报道的基莫阿湖地层记录长263厘米（图3），特征为棕色有机淤泥，含有不同比例的细砂。LOI???数据显示，有机质（OM）含量从基部的约13%逐渐增加，在212至172厘米深度之间达到约30%。随后在171至122厘米深度之间略微下降至约26%，随后再次上升至113厘米深度时的约36%。OM含量在97至11厘米深度之间保持在约30%左右相对稳定……

古湖泊学推断：基莫阿湖的硅藻记录表明，自约4.4千年前以来，该湖为寡营养淡水湖条件，近几十年来出现中等程度的营养富集。硅藻功能群（中浮游、浮游和附生分类单元）的变化表明表层水群落经历了反复重组（Rühland等，2008, 2015；Julius和Theriot，2010）。中浮游硅藻沟母藻（Aulacoseira）属的劳肯沟母藻（A. lauquenensis）和模糊沟母藻（A. ambigua）在约4.4–2.5千年前占主导地位，表明……

结论：我们将主要发现组织为对引言中提出问题的答案。

1. 自约4.4千年前以来，基莫阿湖内及周边水陆生态系统如何演化？基莫阿湖的水陆生态系统以不同方式对晚全新世气候变率做出了反应，尽管主要生态转变的时间大致同步。水生系统具有高度动态性，特征为硅藻组合和水文条件的反复转变，反映了变化……

CRediT作者贡献声明

E.A. Sepúlveda-Zú?iga：撰写——初稿，资源，项目管理，方法论，调查研究，资金获取，形式分析，数据整理，概念化。C.A. Henríquez-Velásquez：撰写——审阅与编辑，调查研究，资金获取，形式分析。L.A. Villacís：撰写——审阅与编辑，方法论，调查研究，形式分析。P. Jara-Arancio：撰写——审阅与编辑，资源，资金获取。R. Villa-Martinez：撰写——审阅与编辑，资源，资金……

未引用参考文献

van der Bilt等，2022
Krammer和Lange-Bertalot，1986–2003
Krammer和Lange-Bertalot，1991
Round等，1990b

利益冲突声明

我们对该手稿中包含的数据和观点没有利益冲突。

致谢

ANID/FONDECYT/Postdoctorado 3250664（ESZ），3230152（CHV），ANID/FONDECYT/Regular 1230717（PJA），1240263（PIM），1260287（RVM），ANID Grants FB210018（CHIC）和FB210006（IEB）。感谢E. Sagredo在野外工作期间的合作和L. Hernández的实验室协助。

E.A. Sepúlveda-Zú?iga|C.A. Henríquez-Velásquez|L.A. Villacís|P. Jara-Arancio|R. Villa-Martinez|P.I. Moreno