阿根廷巴塔哥尼亚地区圣何塞湾一处沙质潮间带平地上，关于海洋与地下水相互作用的综合水文地球化学及沉积学证据

《Journal of South American Earth Sciences》：Integrated hydrogeochemical and sedimentological evidence of marine–groundwater interactions in a sandy intertidal flat, San José Gulf Patagonia, Argentina

　　摘要：潮间带是陆地与海洋环境之间的动态过渡区，其中潮汐作用、地下水排放和沉积过程调控着地下水的循环及海岸带的生物地球化学过程。本研究通过整合地貌学、沉积学、水化学、222Rn以及海洋无脊椎动物的观测数据，探讨了阿根廷巴塔哥尼亚圣何塞湾（San José Gulf）里阿乔-圣何塞（Riacho San José）地区一个沙质巨潮汐潮间带的水文地球化学功能。在低潮期间，研究人员沿着两条横断面对该潮间带进行了实地调查。浅层地下水显示出与海水相似的Na–Cl组成，表明潮汐海水的再循环对该区域的水化学特性起主导作用。然而，较高的HCO3-浓度、还原条件下的局部硫酸盐耗竭、营养物质富集以及222Rn活性的增加表明，大陆地下水的输入和沉积生物地球化学过程也在地下水地下流动过程中起着重要作用。尽管未建立一致的关系，但NH4+-N浓度在Eh值为负的值处最高。NO3--N + NO2--N浓度在空间分布上存在异质性，没有明显的向海洋方向聚集的趋势。沉积学观察显示了明显的空间异质性，包括局部缺氧层和多毛类动物的洞穴痕迹，这突显了沉积结构和生物扰动对氧化还原状况及营养物质动态的潜在影响。尽管这些发现尚处于初步阶段，但它们表明里阿乔-圣何塞潮间带不仅仅是一个海水与地下水混合的区域，还是一个具有水文地球化学活性的界面，在这里物理输送、沉积异质性、微生物过程和生物扰动共同调节着地下水在排入海洋之前的化学性质。

引言：潮间带是由未固结且无植被覆盖的沉积物组成的低坡度环境，这些沉积物会定期被潮汐周期淹没和暴露（Zhang等人，2026年）。这类环境通常位于波浪能量较低的避风海岸线（Gao，2009年）。在巨潮汐条件下（潮差>4米），大面积的沉积物在低潮时暴露出来（Le Hir等人，2000年），形成了陆地与海洋环境之间的高度动态界面（Murray等人，2022年）。其形态和水动力特征受到复杂潮汐流和沉积过程的塑造（Gao等人，2022年）。这些系统受到潮汐、波浪作用、大陆输入和沉积物特性的共同影响，这些因素共同调控着它们的水动力、沉积学和生态功能（Jansen等人，2009年）。从沉积学的角度来看，潮间带可以大致分为沙质和泥质两类（Flemming，2012年），每种类型具有不同的生态和地球化学特性。沙质潮间带通常具有相对较高的渗透性沉积物、活跃的孔隙水循环和强烈的水动力条件，而泥质潮间带则由细粒沉积物组成，渗透性较低，有机物滞留量大，并且在沉积-水界面以下常出现缺氧或厌氧条件（Dyer等人，2000年；Desjardins等人，2012年；Gao，2019年）。沙质与泥质潮间带之间的物理化学差异显著影响了生物地球化学过程，特别是与孔隙水交换和海底地下水排放相关的过程（Schutte等人，2019年）。沙质潮间带的较高渗透性促进了海水与地下水之间的强烈交换，通过潮汐泵送、波浪驱动的循环和潜在的地下水输入。这些过程形成了一个动态的地下混合区，孔隙水循环增强了溶解盐类和营养物质（包括氮、磷和硅）的运输和循环，并刺激了在排放到海洋之前改变地下水化学性质的生物地球化学反应。相比之下，泥质沉积物的较低渗透性限制了平流交换，使得扩散作用更为重要，从而有利于铵盐和硫化物等还原化合物的积累（Panutrakul等人，2001年）。海底地下水排放被认为是调节沉积物及其上覆水柱化学性质的关键过程（Levy等人，2026年），从而影响初级生产力和底栖生物的分布（Moore，2010年；Santos等人，2012年）。海底地下水排放包括来自陆地的和再循环的海水，这些水通过沿海沉积物流动（Taniguchi等人，2019年）。在巨潮汐环境中，区分这些成分仍然具有挑战性，因为潮汐作用可能主导浅层地下水流。尽管海底地下水排放在海岸环境中的重要性已被充分证实，但在许多渗透性高的巨潮汐系统中，潮汐海水再循环、大陆地下水排放和沉积生物地球化学过程的相对贡献仍不明确。从生态学角度来看，潮间带是高度生产性的生态系统，支持着丰富的底栖和无脊椎动物多样性（Dittmann和Vargas，2001年）。这些生物适应了极端的环境变化，包括温度、盐度、氧气可用性和干燥条件的剧烈波动（Kaiser等人，2005年）。沙质潮间带通常以自由生活型和悬浮取食型物种为主，而泥质潮间带则栖息着以沉积物为食和深埋生活的生物，后者在生物扰动和营养物质循环中起着关键作用（Paterson等人，2019年）。总体而言，潮间带生物通过 mediating 能量和物质在底栖栖息地与上覆水柱之间的 transfer 执行重要的生态功能（Little，2000年；Gray和Elliott，2009年）。此外，钻孔生物促进了沉积物的重新加工和生物灌溉，局部改变了沉积物结构、氧气可用性和氧化还原条件，从而增加了潮间带沉积物的水文地球化学异质性。然而，这些效应的规模和空间范围取决于生物的数量、洞穴结构、沉积物特性和水动力条件。

大西洋巴塔哥尼亚海岸线包含多个拉姆萨尔湿地（Ramsar Sites）和受保护的自然保护区，包括联合国教科文组织遗产地瓦尔德斯半岛（Península Valdés）（Claudino-Sales，2018年）。在该保护区内，里阿乔-圣何塞（Riacho San José，图1）代表了一个具有广阔潮间带的沿海环境，为研究巨潮汐条件下的潮汐海水再循环、浅层地下水流、沉积物异质性和孔隙水生物地球化学转化提供了宝贵的自然背景。先前的研究已经探讨了沿海环境中的海底地下水排放和潮汐泵送现象，包括潮汐作用对巴塔哥尼亚海岸水化学变异性的影响（Torres等人，2018年；Carol等人，2025年；Alvarez等人，2026年）。然而，很少有研究将水化学、同位素、沉积学和底栖生物观测结合起来在一个潮间带系统中进行综合分析。这种综合方法有助于识别水化学、氧化还原条件、沉积物特征和底栖生物活动之间的空间关联。然而，它并不一定能定量区分不同的地下水和孔隙水来源。鉴于此，本研究的主要目的是探讨里阿乔-圣何塞沙质潮间带的水文地球化学功能，特别关注潮汐海水再循环、可能的地下水输入和沉积生物地球化学过程的影响。为此，我们整合了在低潮期间沿两条潮间带横断面收集的地貌学、沉积学、水化学、222Rn、水位和定性底栖生物观测数据。具体来说，我们评估了：（i）浅层潮间带水体保留海洋化学特征的程度；（ii）局部偏离海水组成的情况；（iii）潮间带的主要水化学、沉积学和底栖生物特征。鉴于数据集的空间局限性和时间离散性，本研究旨在提供基于过程的合理解释，而不是量化海水再循环和陆地地下水排放的相对贡献。

研究区域：圣何塞湾（San José Gulf，SJG）是一个位于阿根廷巴塔哥尼亚北部海岸的小型、浅水半封闭盆地（图1）。研究在圣何塞湾西岸的里阿乔-圣何塞（Riacho San José）沿海地区进行，坐标为42°24′46″ S, 64°37′29″ W，属于2012年被指定为国际重要湿地的瓦尔德斯半岛湿地（Humedales de Península Valdés Ramsar Site）范围内。圣何塞湾呈亚椭圆形，平均深度约为30米，最大深度为...

地貌学：从地貌学角度来看，圣何塞湾的里阿乔区域识别出三种主要环境：盐沼（M）、沙嘴和古沙嘴（S）以及潮间带（IF）（图1b和c）。盐沼位于研究区域的最内侧，与潮间带之间由一系列不活跃和活跃的沙嘴分隔。本研究关注的潮间带从活跃的沙嘴延伸到低潮时的海岸线...

讨论：潮间带代表了一个动态过渡区，在这里海洋作用和大陆地下水排放相互作用，产生了独特的水文和生物地球化学过程。周期性的高潮淹没促进了海水渗透到渗透性沉积物中，并驱动潮汐泵送，控制着陆地-海洋界面的水交换（Moore，1999年；Burnett等人，2003年；Santos等人，2012年）。因此，潮间带作为主动的混合区...

结论：里阿乔-圣何塞的沙质潮间带是一个动态的混合环境，其中潮汐驱动的海水再循环通过与高渗透性沉积物的相互作用与地下水发生交换，可能包含大陆成分。潮间带地下水与海水的主要离子组成相似，表明海洋再循环对系统水化学具有主导作用，而较高的HCO3-浓度和局部222Rn活性的增加则表明...

作者贡献声明：Bigatti G.：撰写 – 审稿与编辑，方法学。Bergamasco A.：撰写 – 审稿与编辑，调查。Zaggia L.：撰写 – 审稿与编辑。Donnici S.：撰写 – 审稿与编辑，方法学。Signorelli J.：撰写 – 审稿与编辑，方法学。Torres A.：撰写 – 审稿与编辑，方法学，数据管理。Faleschini M.：撰写 – 审稿与编辑，方法学，数据管理。Carol E.：撰写 – 原始草稿，方法学，调查，资金获取，正式分析。

未引用的参考文献：APHA – 美国公共卫生协会（APHA），1998年；Carol等人，2025年；Haller，2017年；Hernández-Moresino等人，2019年；《湿地公约》（The Convention on Wetlands），2012年。

利益冲突声明：作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能会影响本文报告的工作。

致谢：作者感谢阿根廷科学技术部（Ministerio de Ciencia, Tecnología y Innovación）和国家科学技术促进局（Agencia Nacional de Promoción Científica y Tecnológica，ANPCyT）通过Pampa Azul A10项目和PICT 2019-2421项目提供的财政支持。本研究还在CONICET–CNR合作项目（2023-2024年）的框架内进行。

E. Carol | S. Richiano | M.P. álvarez | L. Tosi | A. Torres | M. Faleschini | J. Signorelli | G. Bigatti | A. Bergamasco | L. Zaggia | S. Donnici
国家科学技术研究委员会（Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas，CIG - CONICET）地质研究中心，拉普拉塔，阿根廷