纳扎卡特·阿里（Nazakat Ali）| 萨吉德·阿里（Sajid Ali）| 阿努帕姆·夏尔马（Anupam Sharma）| 希万什·萨克塞纳（Shivansh Saxena）| 伊什瓦尔·昌德拉·拉希（Ishwar Chandra Rahi）| 拉杰维尔·夏尔马（Rajveer Sharma）| 潘卡杰·库马尔（Pankaj Kumar）| P.S. 兰霍特拉（P.S. Ranhotra）| 卡姆莱什·库马尔（Kamlesh Kumar）| M.C. 马诺杰（M.C. Manoj）| 比斯瓦吉特·塔库尔（Biswajeet Thakur）
比尔巴尔·萨赫尼古生物学研究所（Birbal Sahni Institute of Palaeosciences），53-University Road，勒克瑙（Lucknow），北方邦（Uttar Pradesh），226007，印度
**摘要**
理解印度夏季季风（ISM）的长期变化及其对大陆表面过程的影响，对于重建南亚晚第四纪气候动态至关重要。本文基于印度中央恒河平原（Central Ganga Plain, CGP）的巴基拉湖（Bakhira Lake）湖泊沉积物，提供了一份高分辨率的多代理记录。通过AMS放射性碳（14C）测年确定的年代学表明，该地区的沉积作用持续了约25.3千年。通过分析颗粒大小分布、粘土矿物组合以及沉积物的整体地球化学成分（主要元素、微量元素和稀土元素），重建了水文气候的变化及化学风化的强度。来源指示物，包括稀土元素分布和不可移动的微量元素比值（如Th/Sc和La/Th），表明这些沉积物主要来源于高喜马拉雅结晶岩（Higher Himalayan Crystalline, HHC）序列。沉积物以粉砂粒为主，其细粒和粗粒成分之间存在系统性变化，反映了能量条件和河流输入的变化。伊利石（illite）、蒙脱石（smectite）、绿泥石（chlorite）和高岭石（kaolinite）含量的变化，以及蒙脱石与伊利石+绿泥石的比值和伊利石结晶度的变化，记录了沉积物来源区域物理侵蚀与化学风化之间的交替。这些趋势得到了地球化学风化指数（Chemical Index of Alteration, CIA）和αAlNa以及微量元素比值（Rb/Sr和Th/U）的支持。综合这些代理数据，可以识别出四个ISM增强阶段（约18–16.8千年前、约14.5–12.8千年前、约9.2–4千年前以及至今），以及四个减弱阶段（约25.3–18千年前、约16.8–14.5千年前、约12.8–9.2千年前和约4–2千年前）。这些阶段与重要的区域性和半球性气候事件密切相关，包括末次冰盛期、冰消期振荡以及全新世的气候变化。本研究建立了ISM变化、化学风化强度与沉积物输送过程之间的紧密耦合关系，这种关系主要由轨道尺度上的太阳辐射强迫驱动，并受到高纬度气候扰动的影响。
**引言**
恒河盆地（Ganga Basin）构成了印度-恒河平原（Indo-Gangetic Plain）的核心，拥有世界上最厚的第四纪沉积层之一。这些沉积物支撑着印度次大陆上最肥沃、人口最密集的地区，该地区的农业和社会经济系统深受季风控制的水文条件影响（Bhattacharya和Banerjee, 1979; Srivastava等, 2003; Sinha等, 2007; Singh等, 2015; Saxena和Trivedi, 2017）。该盆地对气候变化的敏感性，加上其作为主要沉积物输送系统的作用，使其成为研究晚第四纪环境变化的重要档案。第四纪时期（约260万年前至今）以反复的冰期-间冰期循环为特征，这些循环导致了全球气候系统的重大重组（Clement等, 1999; Mishra等, 2015）。在晚第四纪期间，印度喜马拉雅地区经历了显著的气候波动，表现为冰川作用和气候变暖的交替阶段，这与全球气候事件基本同步（Henderson等, 2010; Singh等, 2015）。地貌和冰川证据表明，在此期间，喜马拉雅地区的冰川范围和强度存在空间差异（Owen等, 2002），这影响了下游前陆盆地（如恒河平原）的沉积物产生、输送和储存。
来自恒河平原的古气候重建主要依赖于生物代理指标，如花粉、腹足类动物、介形虫、硅藻和植硅体（Saxena等, 2006, 2011, 2017; Trivedi和Chauhan, 2011; Chauhan等, 2015; Thakur等, 2018）。尽管这些研究显著推进了对全新世气候变化的理解，但许多记录的时间控制有限，且很少能延伸到全新世之前。最近使用非生物代理指标（如颗粒大小、环境磁性和稳定碳同位素）的研究提供了更好的时间分辨率，并揭示了自年轻干期（Younger Dryas）以来的气候变化（Misra等, 2020; Kumar等, 2022; Phartiyal等, 2024; Tiwari等, 2026）。然而，在恒河平原，能够覆盖过去约25千年的可靠测年记录仍然很少，只有少数地点（如贾莱萨尔湖和拉索达湖）提供了晚第四纪气候变化的线索（Trivedi等, 2013, 2019）。许多现有记录中校准的AMS放射性碳日期的缺乏，限制了该地区高分辨率、千年尺度古气候重建的发展。
晚第四纪的气候波动及其相关的基准面变化在塑造恒河平原的地貌结构中发挥了关键作用（Schumm, 1993; Singh, 1996; Singh等, 1997）。最显著的地貌特征是广阔的高地河间地带，这里分布着众多湖泊、池塘和废弃的河道。这些水体作为高效的沉积物捕获器，保存了原本会被冲刷到下游的细粒沉积物（Singh, 1996; Srivastava等, 2003）。牛轭湖和河流弯道截断形成的湖泊系统作为半封闭至封闭系统，持续积累来自湖泊内部生产和周围流域的沉积物。因此，恒河平原的湖泊沉积物提供了连续、高分辨率的陆地档案，能够记录晚第四纪期间河流动态、沉积物供应和水文气候条件的变化（Singh等, 2015; Misra等, 2019）。
在这一背景下，硅酸盐岩石的化学风化是一个基本的地球表面过程，对长期碳循环和大气CO2调节具有重要意义（Walker等, 1981; Berner和Caldeira, 1997; Li和Elderfield, 2013; He等, 2020; Liu等, 2020）。关于构造作用和气候在控制化学风化速率方面的相对作用存在较多争议（Raymo等, 1988; Raymo和Ruddiman, 1992）。在河流流域尺度上，化学风化强度反映了气候（温度和降水）、岩石类型、地形、植被覆盖以及人类活动的综合影响（Meybeck, 1987; White和Blum, 1995; West等, 2005; Li等, 2021; Deng等, 2022）。虽然温度和降水被广泛认为是控制平均风化强度的关键因素，但它们的相对重要性和相互作用在变化的气候条件下仍然是研究的热点（Maher和Chamberlain, 2014）。
南亚晚第四纪气候变化的区域尺度证据在阿拉伯海和孟加拉湾的海洋沉积记录中得到了充分记录，这些记录显示了轨道尺度和千年尺度上的水文气候变化（Clemens等, 1991; Schulz等, 1998; Kudrass等, 2001; Deplazes等, 2014; Ali等, 2015; Sebastian等, 2023; Ansari等, 2024; Rahman等, 2025）。这些记录通常表明，在冰期和间冰期阶段水文气候条件较弱，而在间冰期和间冰阶段则较强。然而，海洋档案整合了大面积流域的信号，可能掩盖了与沉积物产生、输送和储存相关的特定大陆响应。相比之下，保存在洪泛平原中的陆地湖泊档案提供了更直接的气候驱动表面过程记录。位于大型冲积平原中的湖泊对径流、沉积物供应和沉积能量的变化特别敏感，能够捕捉到与晚第四纪气候变化相关的沉积物输送动态和化学风化强度的变化（Singh, 2004）。尽管具有这种潜力，但针对中央恒河平原化学风化和沉积物输送的气候控制的多代理湖泊记录仍然有限（Misra等, 2019; Bohra等, 2024）。
重建这些过程需要一个综合的多代理框架。颗粒大小分布提供了关于水动力条件和沉积物输送机制的见解，而粘土矿物组合反映了沉积物来源地区物理侵蚀与化学风化之间的平衡。沉积物的整体地球化学成分和风化指数（如化学风化指数CIA、αAlNa以及对淋溶敏感的元素比值）为化学风化强度提供了定量约束（Nesbitt和Young, 1982; Garzanti等, 2007; Ali等, 2015）。
在这项研究中，我们分析了位于中央恒河平原（CGP）的巴基拉湖（Bakhira Lake）的湖泊沉积序列，以评估晚第四纪气候对化学风化和沉积物输送的影响。通过整合颗粒大小分析、粘土矿物学、主要和微量元素地球化学以及基于放射性碳的可靠年代学框架的多代理数据集，我们重建了约25千年来沉积能量、沉积物供应和风化强度的变化。具体目标是：（i）评估晚第四纪气候变化对沉积物输送动态的时间变化；（ii）量化沉积物来源地区的化学风化强度变化；（iii）研究气候强迫如何在中央恒河平原的大陆沉积档案中得到记录。这项研究为印度次大陆最重要的沉积物输送系统之一的气候-表面过程相互作用提供了新的见解。
**研究区域**
巴基拉湖（Bakhira Lake，坐标26.908N, 83.106E）是北方邦东部最大的天然湿地，位于桑特卡比尔纳格尔区（Sant Kabir Nagar district）（图1）。该湿地位于拉普蒂河（Rapti River）西岸，面积约为29平方公里，呈碟形洼地。
**材料与方法**
在季风前的时期，从巴基拉湖（Bakhira Lake）西南部未受干扰的区域获取了一段4.06米的沉积物剖面。虽然采集了一个1.50米的沟槽样本，但由于渗水问题无法进一步取样。剩余的2.56米沉积物是通过将直径2.6英寸的PVC管手动推入沟槽中获得的。管子末端完全密封后，小心地取出沉积物，并在底部再次密封。沉积物样本被运送到BSIP（Birbal Sahni Institute of Palaeosciences）。
**年代学**
来自巴基拉湖沉积物样本的七个经过校准的AMS放射性碳日期（补充表1；图2a）表明，该沉积序列覆盖了约25,310千年的时间范围。贝叶斯年龄-深度模型表明，在整个研究期间沉积作用持续进行，尽管沉积速率存在显著变化。沉积速率范围从5.3厘米/千年到41.4厘米/千年（平均约19.8厘米/千年）。值得注意的是，最高的沉积速率（约41.4厘米/千年）出现在沉积物样本的中间部分。
**沉积物来源**
硅质碎屑沉积物的元素地球化学是确定沉积物来源和推断源岩组成的重要工具（Wronkiewicz和Condie, 1990; McLennan和Taylor, 1991; McLennan等, 1993; Cullers, 1994; Armstrong-Altrin等, 2012; Ali等, 2015, 2021b; Ding等, 2023; Chauhan等, 2025）。特别是稀土元素（REEs）和某些高场强元素（HFSEs；例如Th、Sc、Zr、Hf、Y和Nb）被认为是可靠的来源指示物。
**结论**
本研究基于巴基拉湖的可靠测年湖泊沉积物记录，全面重建了过去约25.3千年间中央恒河平原印度夏季季风的变异性及其相关表面过程。通过整合颗粒大小数据、粘土矿物学和地球化学成分，能够准确评估晚第四纪气候强迫对沉积能量、沉积物来源和化学风化强度的变化。
**作者贡献声明**
纳扎卡特·阿里（Nazakat Ali）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、软件使用、资源管理、方法论研究、数据分析、概念化。
萨吉德·阿里（Sajid Ali）：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、验证、监督、方法论研究、数据分析、概念化。
阿努帕姆·夏尔马（Anupam Sharma）：撰写——审稿与编辑、可视化、验证、监督、资源管理、方法论研究、数据分析。
**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影响本文的研究结果。
**致谢**
作者感谢BSIP（Birbal Sahni Institute of Palaeosciences）主任的支持和基础设施提供。他们还感谢QLDP（Quaternary Lake Drilling Project）团队以及SAIF-BSIP的仪器设备。本研究是在印度勒克瑙的比尔巴尔·萨赫尼古生物学研究所（BSIP/RDCC/26/25–26）的QLDP项目下进行的。作者感谢IUAC（Indian University of Allahabad）提供由印度地球科学部（MoES）资助的AMS设施，参考编号为MoES/16/07/11(i)-RDEAS。
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