作者：韩雪、郭玉龙、郝强、高晓宝、王世军、陈金牛、杨波、杨守业
单位：同济大学海洋地质国家重点实验室，上海，200092，中国
摘要
硅酸盐风化在调节地球气候和碳循环中起着至关重要的作用。尽管已有大量关于大型河流流域硅酸盐风化的研究，但其对千年尺度气候变率和人为活动的响应仍不明确，这主要是由于沉积物在流域内的滞留时间较长以及从源头到沉积地的过程复杂所致。本文利用长江三角洲TY岩芯的高分辨率全新世地球化学和矿物学数据，旨在重建过去7000年间硅酸盐风化的变化情况。通过整合其他钻孔数据和古气候记录，我们发现了长江流域在中全新世至晚全新世期间的两个风化演化阶段：第一阶段（7000–1000年前），岩芯沉积物经历了中等程度的风化，成分相对稳定，主要源于流域中下游地区的持续沉积物供应；第二阶段（1000年前至今），三角洲沉积物的风化指标显著增强，同时上游地区的沉积物贡献增加，这与季风降雨增强和人类活动加剧密切相关。我们认为，大规模的人口迁移加速了中国西南地区的森林砍伐和土地开发，可能促进了古老风化土壤的侵蚀和搬运至三角洲。总体而言，我们的研究表明，在千年时间尺度上，气候和人为因素共同改变了长江流域的沉积物源-汇过程，从而影响了风化信号在三角洲沉积物中的传输和保存。这项研究为全球大型河流系统中化学风化、气候变化和人类活动之间的复杂相互作用提供了新的见解。
引言
硅酸盐的化学风化在塑造地球地表景观、调节全球碳循环和维持长期气候稳定方面起着关键作用（Brantley等，2023；Frings和Buss，2019；Walker等，1981）。在构造时间尺度到轨道时间尺度上，人们普遍认为化学风化、大气二氧化碳（CO2）和气候之间存在负反馈机制（Fang等，2019；Wan等，2012；Zhao等，2025）。然而，在较短的时间尺度上（例如冰期-间冰期、千年尺度以及人类世时期），尽管有高分辨率的沉积记录可供研究（Dosseto等，2015；Lupker等，2013；Wu等，2025；Yang等，2021），硅酸盐风化对气候变化的响应仍不明确。一个主要的不确定性在于多种非气候因素可能会掩盖或干扰气候-风化之间的联系（Frings，2019）。在大型河流流域中，复杂的沉积物源-汇传输过程会改变风化信号在沉积源区的产生和传输（Allen，2008；Romans等，2016）。此外，全新世期间人类活动的逐渐增加深刻改变了许多大流域内的侵蚀和风化过程（Bayon等，2012；Hu等，2013；Wan等，2015）。因此，从沉积记录中解读千年尺度气候变率对化学风化响应的机制和幅度仍然是一个挑战。长江是世界上最大的河流系统之一，拥有广阔且肥沃的冲积平原，支撑着超过4.5亿的人口。多项证据表明，河流沉积物的传输和储存时间尺度为103–105年（Chen等，2024；Li等，2016；Huang等，2013a；Hori和Saito，2017；Sun等，2020），这与千年尺度的气候波动相当或更长。因此，上游山区侵蚀区产生的沉积物风化信号可能在冲积平原和冲积层的长距离传输过程中被缓冲、减弱甚至消除，从而无法准确传递到下游或保存在沉积盆地中（Allen，2008；Geyman等，2025；Romans等，2016；Tofelde等，2021）。以往的研究基于长江流域主要沉积中心的全新世沉积记录，探讨了硅酸盐风化与气候之间的机制和反馈（Bi等，2017；Hao等，2025；Lan等，2024；Yang等，2021，2025）。尽管已经开发出多种方法来区分岩性、水动力分选和沉积物循环对风化指标的影响（Fu等，2023；Guo等，2018），但保存下来的风化信号是否以及在多大程度上对千年尺度的气候变化作出响应仍存在争议。一些研究认为风化对突然冷却事件有快速而敏感的响应（Lan等，2024；Yang等，2021），而另一些研究则强调沉积物来源和人类活动对气候的直接影响（Bi等，2017；Hao等，2025）。鉴于不同的沉积环境、时间尺度的不确定性以及钻孔间的采样分辨率差异，需要更多具有代表性的案例研究来深入理解短期气候-风化反馈机制。
三角洲沉积物由于对水文气候和土地覆盖变化的高度敏感性，为重建流域内的侵蚀和风化历史提供了宝贵的信息（Bi等，2017；Yang等，2021）。本研究利用长江三角洲南部平原的TY岩芯，提供了高分辨率的全新世主要元素和微量元素、Sr–Nd同位素及粘土矿物的数据。结合其他现有的钻孔数据，我们重建了中全新世以来长江流域沉积物来源和风化信号的变化，并进一步探讨了气候变率、沉积物源-汇过程以及人类活动对硅酸盐风化的综合影响。
地质背景
长江是亚洲最大的河流，也是世界第三长的河流，发源于青藏高原，流经约6300公里最终注入东海（ECS），其流域面积达1.8×106平方公里。根据水文和地貌特征，该流域通常被划分为上游、中游和下游三个部分，宜昌和湖口是主要的水文边界（图1a）。
样品来源与方法
TY岩芯（坐标：30°59′35.9″N, 121°51′48.3″E）于2023年在中国上海的长江三角洲最东南边缘采集（图1b）。该岩芯长度为30米，其中一半用于光释光（OSL）采样，另一半用于摄影、岩性描述和其他样品采集。此外，还参考了邻近全新世钻孔的已发表数据，包括在河口崇明岛钻取的CM97岩芯。TY岩芯的年代框架
TY岩芯的14C和OSL测年结果见表1和表2。在23.2米深处发现了一个明显的沉积间断层，其下覆盖着约3米厚的硬粘土层，形成于海洋同位素阶段3（MIS 3）（图2，图S2j）。这一地层不连续性在长江三角洲南部平原上已有广泛报道（Li等，2000）。该间断层以上为连续的中全新世沉积物，是本研究的重点。
TY岩芯的沉积物来源变化
确定沉积物来源是可靠追踪源区硅酸盐风化信号的前提（Colin等，2006；Lupker等，2013）。基于磁性特征、粘土矿物、元素和Sr–Nd同位素的研究表明，长江三角洲的全新世沉积物主要来源于长江流域，而古黄河、附近小河流或海洋成因成分的贡献可以忽略不计（Bi等）。结论
通过整合新采集的TY岩芯数据与先前发表的长江三角洲钻孔记录，我们重建了过去7000年间沉积物来源和硅酸盐风化的演变过程。结合古气候重建和历史资料，我们的结果表明，长江流域过去7000年的风化历史可分为两个阶段：
（1）第一阶段（7000–1000年前）：河口沉积物主要来源于流域中下游地区，
CRediT作者贡献声明
韩雪：撰写 – 审稿和编辑，撰写 – 初稿，研究设计，方法学，数据分析。郭玉龙：撰写 – 审稿和编辑。郝强：撰写 – 审稿和编辑。高晓宝：撰写 – 审稿和编辑，方法学。王世军：撰写 – 审稿和编辑，方法学。陈金牛：方法学。杨波：方法学。杨守业：撰写 – 审稿和编辑，概念构建，监督，资金争取。
资金来源
本研究得到了中国国家重点研发计划（2022YFF0800504）的财政支持。
利益冲突声明
作者声明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
我们衷心感谢张华和王晓梅在钻孔沉积相和OSL测年方面的宝贵指导，同时感谢徐娟和杜佳欢在实验室分析中的协助。我们也感谢匿名审稿人和编辑Miryam Bar-Matthews提出的建设性意见和宝贵建议。
