全新世中晚期，东亚季风和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）对泰国北部的化学风化过程的影响：来自泰国湾黏土矿物学和主要元素地球化学的记录

硅酸盐风化是地球元素循环的关键过程，但热带化学风化及其调控机制研究较少。本研究通过对泰国湾SUT10核心的高分辨率黏土矿物和主元素分析，揭示过去5.6 ka化学风化与东亚季风和ENSO振荡的关联：整体风化强度因长期季风减弱而下降，而厄尔尼诺事件下干旱导致侵蚀减少，拉尼娜事件则因强降雨增强物理侵蚀。核心与湄南河沉积物特征吻合，证实该河为主要沉积源。研究显示热带不同矿物组风化受 distinct mechanisms调控。

赵洪超|刘志飞|彭猜·索蓬猜亚库尔|马鹏飞|林宝志|吉拉皮尼亚库尔·阿卡尼乌特

中国上海同济大学海洋地质国家重点实验室，200092

摘要

硅酸盐风化是全球元素循环中的关键过程，然而利用高分辨率的大陆架沉积物对热带地区的化学风化及其调控机制的研究却非常有限。为了解决这一问题，我们对泰国湾SUT10岩芯中的主要元素和粘土矿物进行了分析。结果显示，在过去的5.6千年里，CaO和Na₂O的含量逐渐增加，而Al₂O₃和K₂O的含量则有所下降。伊利石的含量基本保持稳定，并与蒙脱石呈负相关。SUT10岩芯和昭披耶河（CPR）的粘土矿物及主要元素组成存在重叠，这表明昭披耶河是该岩芯的主要沉积物来源。整体化学风化指数（CIA）表明昭披耶河发生了广泛的化学风化，而伊利石与蒙脱石的比例则反映了粘土颗粒的物理侵蚀与化学风化变化。CIA的逐渐下降与Dongge δ¹⁸O的升高相吻合，表明由于东亚季风降雨的长期减弱，昭披耶河的化学风化总体上有所减弱。伊利石与蒙脱石比例的高波动性与Pink-Panther δ¹⁸O的升高（类似拉尼娜现象的信号）一致，这表明在拉尼娜现象期间，昭披耶河的粘土颗粒经历了强烈的物理侵蚀。相反，在厄尔尼诺现象条件下，昭披耶河的干旱导致了侵蚀作用的减弱。因此，泰国北部昭披耶河的化学风化过程受到东亚季风和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的影响。本研究强调了热带地区不同颗粒化学风化的调控机制具有差异性。

引言

硅酸盐风化是一个重要的地质过程，它将大气中的CO₂转化为沉积碳库，并对全球气候产生长期影响（Beaulieu等人，2012年；Brantley等人，2023年）。热带地区经历了最强烈的硅酸盐风化作用（Hartmann等人，2009年），因此提供了丰富的风化记录。这些风化记录对于重建过去的风化强度至关重要，因为它们的地球化学成分携带着风化过程中的气候变化信息（Galy和France-Lanord，1999年；Lupker等人，2013年）。尽管深海和河流沉积物记录了构造-轨道时间尺度或现代时间尺度上的风化过程（Liu等人，2007年；Wan等人，2017年；Jiwarungrueangkul等人，2019a，2019b年；Clift等人，2024年；Sang等人，2019年，2024年），但热带大陆架沉积物由于其潜在的高分辨率（十年至百年时间尺度）气候-风化反馈记录能力，却尚未得到充分利用。

全新世是一个关键时期，有助于理解化学风化如何响应快速的气候变化，例如自中全新世以来亚洲季风的减弱和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）的加剧（Moy等人，2002年；Wang等人，2005年；Chawchai等人，2021年；Jacobson等人，2024年）。然而，目前存在一个显著的“时间差距”：大多数现有的化学记录要么关注长期趋势（>10⁴年），要么仅关注现代观测数据（Colin等人，2006年；Dinis等人，2021年；Clift等人，2024年；Du等人，2025年），导致我们对十年至千年时间尺度上的风化变化机制的理解仍然有限。

泰国湾（GOT）位于最大的热带大陆架——巽他大陆架上，是一个半封闭的盆地，具有丰富的河流输入、热带气候和持续的沉积作用（Wu等人，2023年），因此是一个研究上述问题的理想区域。以往的研究已经阐明了该地区的冰期-间冰期沉积物输送模式（Zhang等人，2022年；Wu等人，2023年）以及更新世时期的河流系统演化（Puchała等人，2011年；Reijenstein等人，2011年）。然而，全新世期间的高分辨率风化记录在泰国湾仍然十分缺乏。根据之前的研究，泰国湾的全新世沉积物主要来源于泰国北部的河流（Wu等人，2023年）。作为泰国最大的河流，昭披耶河在类似拉尼娜现象的时期流量较大，而在类似厄尔尼诺现象的时期流量较小（Xu等人，2019年）。此外，泰国的气候受东亚季风的影响，5月至10月期间通常温暖湿润（Xu等人，2018年；Wu等人，2020年，2023年；Jacobson等人，2024年）。因此，对泰国湾全新世沉积物进行高分辨率分析有望揭示热带地区昭披耶河的化学风化变化及其与东亚季风和厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）变化之间的关系。

本研究提供了SUT10岩芯过去5.6千年中粘土矿物和主要元素的高分辨率记录。我们的研究目标包括：（1）热带地区的化学风化强度是否在千年时间尺度上与季风变化同步响应；（2）百年时间尺度的ENSO变化如何调节物理侵蚀与化学风化。通过分离这些信号，本研究为理解盆地到大陆架系统中的多尺度风化调控机制提供了新的见解。

区域背景

泰国湾（GOT）是一个半封闭的浅水盆地，位于巽他大陆架的西北部，平均水深为45米，最大水深为86米（图1；Maharernthong等人，2014年；Anutaliya，2023年）。该地区具有湿润的热带气候和季节性的季风风。冬季盛行东北方向的东亚季风，夏季则为主导风向为西南方向（Liu等人，2016年及参考文献）。

材料与方法

SUT10岩芯（位于北纬10.46°，东经100.92°；水深62米）是在2011年3月的海洋水文和海洋学调查（HOS）期间采集的（图1）。岩芯总长度为1.51米，由灰色均匀的淤泥组成（图2）。高分辨率分析工作在同济大学海洋地质国家重点实验室进行，包括1厘米分辨率的粘土矿物分析和2厘米分辨率的主要元素分析。

年龄模型

在0.11、0.41、0.76、1.08和1.41米深度处的年代数据显示出从0.6千年前到5.1千年前（cal ka BP）的逐步增加（表1），这可能表明沉积序列是连续的。0.11–0.41米、0.41–0.76米、0.76–1.08米和1.08–1.41米深度范围内的沉积速率分别为97厘米/千年、41厘米/千年、12厘米/千年和45厘米/千年（表1）。在1.8–4.4千年前（0.76–1.08米深度范围内）的较低沉积速率是合理的，这可能与东南亚地区的干旱事件有关。

沉积物来源

在重建化学风化历史之前，确定陆源沉积物的潜在来源至关重要（Liu等人，2005年，2016年）。粘土矿物学是追踪粘土颗粒来源的有效工具，以往的研究已成功应用于泰国湾周边地区的陆源沉积物研究（Liu等人，2004年，2016年；Steinke等人，2008年；Jiwarungrueangkul等人，2019a，2019b年；Wu等人，2023年；Clift等人，2024年）。

结论

通过对泰国湾SUT10岩芯中的粘土矿物和主要元素进行高分辨率分析，我们研究了自中全新世以来化学风化记录的变化及其调控机制。主要结论如下：

(1)

在过去5.6千年里，昭披耶河是该岩芯的主要沉积物来源。岩芯中的伊利石和绿泥石主要来源于昭披耶河地区母岩的物理侵蚀作用。高岭石主要来源于再沉积过程中粘土的活跃侵蚀作用。

作者贡献声明

赵洪超：负责撰写初稿、方法论设计、数据分析、概念构建。刘志飞：负责审稿与编辑、项目监督、资金筹集、概念构思。彭猜·索蓬猜亚库尔：负责撰写初稿、资源协调、资金筹集。马鹏飞：负责审稿与编辑。林宝志：负责审稿与编辑。吉拉皮尼亚库尔·阿卡尼乌特：负责审稿与编辑。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

我们感谢Wei Xie、Biwen Wang、Suthinun Janngarm和Kanokpon Surijamorn在岩芯采样方面的工作，感谢Haiyan Jin在有孔虫鉴定方面的帮助，以及Lina Cui和Yanli Li在粘土矿物分析方面的协助。特别感谢Yaspal Sundriyal（编辑）和两位匿名审稿人的宝贵意见，这些意见极大地提升了本文的质量。中国国家自然科学基金（项目编号：42406059和42188102）为本研究提供了资金支持。