A.L. 法蒂玛 | M. 拉姆库马尔 | K. 巴拉苏布拉马尼 | P.D. 罗伊 | K. 潘卡杰 | R. 纳加拉詹 | S. 拉杰维尔
印度塞勒姆佩里亚尔大学地质系
摘要
卡弗里河流域（CRB）观察到的古地表为理解构造运动、气候与古土壤之间的相互作用以及重建河流景观的演化历史提供了独特的档案。我们对来自不同地貌环境的31个古土壤/沉积物样本进行了野外测绘、宏观和微观观察、矿物学分析以及放射性碳年代测定，以识别不同的古土壤类型及其构造-气候控制因素。通过地貌关联、野外特征、微观形态、矿物组成、粒度特征和放射性碳年代测定，我们确定了CRB中存在的六种古土壤相：残余土、硬层土、根际土、结核土、粒状土和孔隙土。放射性碳年龄范围从32,725 ± 136年前（上更新世）到1,293 ± 40年前（晚全新世），记录了在不同水文气候和地貌条件下的土壤形成过程。上更新世的古土壤形成于季风减弱和景观稳定的时期，而早全新世的样本则表明冰后期季风增强和阶地形成。中全新世的古土壤记录了8.2千年前的气候事件及其后续影响，晚全新世的样本则显示了与4.2千年前的大干旱事件相关的季风减弱。通过微晶方解石、铁质结核、根迹和孔隙胶结等微观形态特征，我们识别出了CRB演化的各个阶段。这些特征记录了与季风变化相关的六个湿润-干旱交替的土壤形成阶段，包括结构继承、排水系统反转、中新世-上新世的强烈侵蚀和土壤形成、第四纪的侵蚀与景观稳定、全新世的河流前进以及人为因素的影响。本研究还记录了中部次流域中受构造控制的古地表/阶地，以及其余次流域中气候-岩性等因素的主导作用。本文揭示了构造-气候对土壤类型/阶段、古地表分布的控制作用，以及它们与丹斯加德-奥斯奇格事件到全新世气候扰动之间的联系，为CRB景观演化阶段与区域及其他类似地区的对比提供了全面的框架。
引言
地球表面主要被河流河道网络覆盖，这些河道网络塑造并控制着地貌多样性的演化（Ward等人，2002；Benda等人，2004；Jiang & Li，2024；Ma等人，2025）。河流盆地的演化受四个主要因素控制：构造作用（Schumm等人，2000）、气候（Burbank & Pinter，1999；Willett等人，2006）、沉积物通量（Saadi等人，2024）和基准面变化（Phillips，2009；Bavojdan等人，2025）。其中，构造-气候控制作用起着主导作用，并经常相互竞争，共同塑造盆地的演化历史（Snyder等人，2000；Bowman，2019）。河流盆地被视为独特的自然单元，同时也具有独立的气候单元特征（Praskievicz & Chang，2009；Kalra等人，2017）。在盆地尺度上列举相对控制因素，以及演化历史中主导因素的时期和强度，是至关重要的任务（Whipple & Tucker，1999；Burbank & Anderson，2011），这对构造地貌学（Habousha等人，2023；Luirei等人，2024）、古气候重建（Naylor等人，2021；Erb等人，2022）、沉积物预算（Li等人，2021；Ramkumar等人，2025）、河流盆地管理和自然灾害评估（Stein & Stein，2014；Hewitt，2014）具有广泛的影响。为此采用了多种工具和技术，包括地貌指数（Chen等人，2024；AL Fathima等人，2026）、地质年代测定、沉积学（Gautam等人，2024；Ramkumar等人，2025）和地球化学指标（Rahman等人，2020；Bastia等人，2020）、遥感（Junqueira等人，2021）以及数值建模方法（Weit等人，2025；Zhang等人，2025）等。
古地表，如残余冲积扇、阶地和基岩侵蚀面，为了解地貌变化、河道侵蚀和沉积物再分布的空间和时间模式提供了宝贵的信息。同时，对埋藏土壤层（即古土壤）的详细分析（Orr等人，2023）可以阐明过去的环境条件（Lu等人，2004；Sheldon & Tabor，2009）和长期影响地貌的土壤形成过程（Sedov & Sheinkman，2024）。借助时间控制手段记录、描述和分析阶地及古土壤，被认为是研究地貌演化及其控制因素的强大而准确的方法（Nettleton等人，2000；Lu等人，2004；Sheldon & Tabor，2009；Tabor & Myers，2015；Tabor等人，2017；Zohu等人，2021；Orr & Roberts，2024）。
卡弗里河流域（CRB）展示了动态的地貌演化，这种演化受到长期构造活动（Kale等人，2014；Ramkumar等人，2019）、岩性继承（AL Fathima等人，2023）和季风驱动的气候变率（Ramkumar等人，2025；AL Fathima等人，2026）的相互作用的影响。西南季风作为科学研究的对象已有四个多世纪的历史，它在塑造印度南部沉积物通量和景观动态方面起着关键作用（Chaubey等人，2022；Rajeevan & Pattanaik，2025），并通过增强沉积物搬运和化学风化显著影响了CRB的地貌演化。Ramkumar等人（2019）提出了一个五阶段框架，基于地貌和区域地层观察，描述了南印度向东流动河流的广泛尺度景观演化。本研究在此概念框架的基础上，通过提供绝对时间约束和过程层面的见解，进一步完善和强化了CRB的演化模型。具体而言，本文记录了CRB主要气候变迁的时间，并通过基于野外的古地表测绘、宏观和微观古土壤特征分析以及放射性碳年代测定，阐明了这些变迁与构造事件的耦合关系。这种方法使得能够在盆地尺度上重建景观演化，提高时间分辨率和机制理解。
区域背景
卡弗里河是印度南部最 perennial 的河流之一，发源于西高止山脉的布拉马吉里山脉，海拔1,345米，流经约760公里后注入普姆普哈尔。它流经卡纳塔克邦、喀拉拉邦和泰米尔纳德邦，流域范围位于北纬10°7'至13°28'、东经75°28'至79°52'之间，覆盖面积约为81,155平方公里。
方法与材料
本研究通过野外工作，绘制了CRB主要支流流域内的阶地、截断点和古土壤的位置。共收集了31个古土壤/沉积物样本（30个古土壤和1个沉积物样本），并密封在标记好的密封袋中以便运输。野外调查还记录了地质情况、结构特征、河道形态和横截面，以及土地利用、植被和土壤性质。
区域结构、地貌和古地表
CRB的地貌分区如图2所示。迈索尔高原上的上游流域以宽阔的低坡度河谷、树枝状排水系统、缓和的地貌起伏和残余地貌特征为特点。赫马瓦蒂河、希姆沙河、阿尔卡瓦蒂河和卡弗里河则呈现起伏的地形，伴有红土和红壤（图2）。相比之下，西部流域边界的西高止山脉具有陡峭的河谷侧壁、高排水密度和深邃的河道。构造与阶段性堆积的地质框架
河流盆地的地貌演化受构造作用、气候、沉积物通量和基准面变化的影响，这些因素的相对影响在空间和时间上都有所不同（Harvey，2005；Delong等人，2008；Viveen等人，2013）。这些因素中的主导地位并非固定不变；在某一阶段处于次要地位的过程可能在另一阶段变得占主导地位，而其他因素的重要性则可能减弱（Whipple & Tucker，1999）。这种主导地位的转换既发生在不同区域之间，也发生在同一区域的不同阶段。结论
对CRB古地表的地貌特征和气候指标的分析表明，景观演化受到空间和时间上多样的控制因素的影响。从晚中新世到全新世，CRB的古土壤提供了古气候变化的层序档案。因此，季风强度在约800万至700万年前开始增强，这一过程受到西高止山脉的地形影响。随着季风环流的增强和交替变化……
CRediT作者贡献声明
K. 巴拉苏布拉马尼：撰写 – 审稿与编辑，数据管理。P. D. 罗伊：撰写 – 审稿与编辑，概念构建。AL 法蒂玛：撰写 – 初稿撰写，方法论设计，调查实施，数据管理。M. 拉姆库马尔：撰写 – 审稿与编辑，调查实施，概念构建。S. 拉杰维尔：撰写 – 审稿与编辑，方法论设计。K. 潘卡杰：撰写 – 审稿与编辑，方法论设计。R. 纳加拉詹：撰写 – 审稿与编辑
未引用参考文献
AL等人，2023；AL等人，2026；Burbank，1999；dos Santos Albuquerque等人，2025；Dupont-Nivet等人，2025；Friedman，1967；Glaister和Nelson，1974；H. Bavojdan等人，2025；IMD，2018；Kale，2002；Langhammer，2003；Matthews和Briffa，2005；Miall，2014；Moiola和Weiser，1968；Mycielska-Dowgiałło，2007；Stewart，1958；Synder等人，2000。
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。
