《Journal of Marine Systems》：Deep sediments and foraminifera assemblages in the Tayrona Basin, Southern Caribbean
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本研究对哥伦比亚加雅拉近海Tayrona湾的深海表层沉积物及底栖有孔虫群落开展综合分析，揭示了该前弧盆地受底水溶解氧（214±0.7 μmol/L）控制的有机质降解机制，以及来自Magdalena和Ranchería河流的陆源输入与近岸生物生成沉积的相互作用。通过粒度、矿物组成、地球化学参数及有孔虫生态组合的多元统计，划分出四类不同沉积-生态分区，证实深海水体循环与沉积 provenance 的耦合控制。该成果为加勒比前弧盆地深海过程研究提供了关键现代基准数据。
格拉迪斯·贝尔纳尔（Gladys Bernal）|丹尼尔·林孔-马丁内斯（Daniel Rincón-Martínez）|卡米拉·巴拉甘（Camila Barragán）|加布里埃尔·马丁内斯（Gabriel Martínez）|胡利安·纳兰霍（Julián Naranjo）|安赫利卡·卡雷尼奥（Angélica Carre?o）|贾埃尔·帕切科（Jael Pacheco）|亚历杭德罗·古铁雷斯（Alejandro Gutiérrez）|米莱娜·贝纳维德斯（Milena Benavides）|朱莉娅·戈特沙尔克（Julia Gottschalk）|克里斯蒂安·温特（Christian Winter）
哥伦比亚国立大学地球科学与环境系，麦德林，哥伦比亚
摘要
本研究调查了塔伊罗纳盆地（Tayrona Basin）海底的表层沉积物。该盆地位于哥伦比亚加勒比海地区，属于研究不足的前弧盆地（forearc basin），靠近拉瓜希拉（La Guajira）。我们分析了沉积物的粒径、矿物组成、主要和次要元素浓度、有机碳含量、碳氮比（C/N ratio）以及底栖有孔虫（benthic foraminifera，简称BF）组合，以评估沉积过程和环境条件。2022年，在“玛丽亚·S·梅里安”（Maria S. Merian）号研究船MSM112航次期间，使用箱式取芯器（box corer）和CTD设备采集了沉积物和底层水样本。通过多元统计方法探讨了环境参数与生态参数之间的关系。尽管底层水条件相对均匀，但对BF和沉积学参数的多元分析发现了四个不同的区域，每个区域都具有特定的BF组合和沉积物特征。塔伊罗纳盆地表现出较高的表层生产力，但底层水中的高氧含量促进了有机物的降解，导致沉积物中的总有机碳（TOC）含量较低。沉积作用受到等深流（contour currents）、马格达莱纳河（Magdalena River）和兰切里亚河（Ranchería River）系统的陆源物质输入以及自生生物沉积的共同影响。底栖有孔虫组合以胶结型和附生型物种为主，这表明该区域受到底层水流和有机物通量的影响。本研究强调了底层水的氧化状态、陆源物质输入以及深海 currents在塑造该前弧盆地沉积记录中的作用。这一基础数据集有助于理解深海前弧环境中的沉积和生态过程。
引言
理解控制深海环境的过程仍然是地球科学和海洋科学领域的重要前沿课题。深缘盆地（deep-margin basins）的沉积物供应——包括其体积、来源、成分和成熟度——是确定深水相（deep-water facies）的关键因素（Stow和Mayall，2000）。在深海海底沉积物中，有孔虫是定义这些盆地生物相（biofacies）的关键成分。底栖有孔虫在深海沉积物中的分布受到海底物理、化学、生态和沉积学因素的复杂相互作用的影响（Murray，2006；Sen Gupta，1999）。了解深海有孔虫组合与环境条件之间的关系至关重要，因为这些生物是重建过去和现在的气候、生产力、沉积物来源、物理化学变量、海洋生态系统功能以及资源勘探的重要指标（Barbieri等人，2006）。
在哥伦比亚加勒比海地区，已确定了两个主要的边缘海洋盆地：西南部的锡努外海盆地（Sinu Offshore Basin）和东北部的瓜希拉外海盆地（Guajira Offshore Basin）（Gómez和Mateus-Zabala，2020）。然而，对于哥伦比亚加勒比海深水环境中近期有孔虫的研究仍然有限。大多数研究集中在大陆架和上斜坡的有孔虫上（Fiorini，2015）。除了沿海地区的研究（例如Parada，1981、1990、1996；Parada等人，1985；Parada和Pinto，1986；Caro和Parada，1987；Parada和Tchengliakova，1990；Parada等人，1991；Bernal等人，2005；Bernal等人，2008；Gómez和Bernal，2013；Puerres等人，2018），仅有Fiorini（2015）和Barragán与Bernal（2024）的研究关注了哥伦比亚加勒比海边缘外大陆架、斜坡和深水环境中的有孔虫。因此，瓜希拉外海盆地的深层沉积物及其有孔虫尚未得到专门研究。
塔伊罗纳盆地（有时称为塔伊罗纳次盆地，Tayrona Sub-basin）位于瓜希拉外海盆地内，自中新世以来一直被视为一个沉积中心（Escalante，2006；Castro-Vera等人，2023）。前弧盆地是位于增生楔体（accretionary prism）陆侧的边缘盆地。随着增生楔体的扩展，其边缘会向海方向移动；在构造侵蚀环境下，这些边缘与内楔体（inner wedge）的地壳变薄过程相关联（Noda，2016）。塔伊罗纳盆地的沉积物厚度约为7.5公里（Castro-Vera等人，2023），并受到拉瓜希拉上升流系统（La Guajira Upwelling System，简称GUS）的影响。该区域的深层环流尚未完全明确，但该盆地可能受到来自西南方向的等深流（Naranjo-Vesga等人，2025）以及源自兰切里亚峡谷（Ranchería Canyon）的重力流的影响。盆地内的自生生物沉积取决于表层初级生产力和当地的底栖食物网。因此，塔伊罗纳盆地的沉积作用受到陆源物质输入、生物沉积和底层水流的复杂共同作用的影响。本研究突出了底层水氧化状态、陆源物质输入以及深海 currents在塑造该前弧盆地沉积记录中的作用。这一基础数据集有助于理解深海前弧环境中的沉积和生态过程。
研究区域
塔伊罗纳盆地位于拉瓜希拉半岛（La Guajira Peninsula）的外海区域，属于南加勒比海（Southern Caribbean）（图1）。它是一个长约130公里、宽约60公里的狭长凹陷地带，介于南美洲大陆边缘和南加勒比变形带（South Caribbean Deformed Belt，简称SCDB）的抬升楔体之间（Leslie和Leslie及Mann，2022）。该盆地也被称为兰切里亚盆地（Ladd等人，1984）或塔伊罗纳凹陷（Escalante，2006）。
方法
2022年10月7日至11月14日期间，“玛丽亚·S·梅里安”（Maria S. Merian）号研究船执行了MSM112海洋学考察（考察主题为“马格达莱纳河三角洲ROFI系统——加勒比海主要支流的陆海相互作用”）。在此次考察中，研究人员沿着哥伦比亚东北部加勒比海大陆边缘的不同剖面采集了沉积物样本和岩芯。
结果
塔伊罗纳盆地的底层水参数非常均匀：温度为4.1±0.013°C，盐度为34.98±0 PSU，浊度为0.05±0.007 NTU，荧光强度为0.02±0.007 mg/m3。溶解氧浓度通常为214±0.7 μmol/L，但S60站点记录的浓度较低，为170 μmol/L。
表2总结了陆源沉积物的粒径数据。陆源沉积物的中位粒径范围为5.54（S60）至7.97（S59）。
讨论
塔伊罗纳盆地考察期间测得的底层水特性显示出与NADW（North Atlantic Deep Water）相关的典型值（Torres等人，2023；Talley等人，2011）。沉积物中的总有机碳（TOC）含量为0.84–1.5%，表明有机物质含量适中（La Rowe等人，2020；Moodley等人，2005）。然而，由于水中氧含量较高（170–214 μmol/L），测得的TOC值相对较高，这可能与水柱中的高生产力有关。
结论
本研究首次对塔伊罗纳盆地的近期沉积过程和底栖有孔虫组合进行了综合分析。通过整合有孔虫组合和沉积学变量数据，本研究旨在描述塔伊罗纳盆地的表层沉积过程和底栖有孔虫组合，以了解其空间分布和环境控制因素。具体研究目标包括：(i) 描述塔伊罗纳盆地内积累的表层沉积物特征；(ii) 识别并记录该前弧盆地表层沉积物中的有孔虫组合，从而增进对加勒比海地区近期底栖有孔虫群落的了解；(iii) 探索沉积参数与环境参数及总有孔虫组合之间的关系。
填补这些知识空白对于理解前弧盆地的沉积和生态动态至关重要，这可以为研究过去的和现在的深海过程、古环境重建以及海洋条件对深海生态系统的影响提供宝贵见解。本研究有望生成有关有孔虫组合分布和环境控制因素的基础信息，为未来该地区的古环境和古水深解释提供现代参考框架。
研究区域
研究区域
塔伊罗纳盆地位于拉瓜希拉半岛（La Guajira Peninsula）的外海区域，属于南加勒比海（Southern Caribbean）（图1）。它是一个长约130公里、宽约60公里的狭长凹陷地带，位于南美洲大陆边缘和南加勒比变形带（SCDB）的抬升楔体之间（Leslie和Leslie及Mann，2022）。该盆地也被称为兰切里亚盆地（Ladd等人，1984）或塔伊罗纳凹陷（Escalante，2006）。
方法
2022年10月7日至11月14日期间，“玛丽亚·S·梅里安”号研究船（Maria S. Merian）执行了MSM112海洋学考察（考察主题为“马格达莱纳河三角洲ROFI系统——加勒比海主要支流的陆海相互作用”）。在此次考察中，研究人员沿哥伦比亚东北部加勒比海大陆边缘的不同剖面采集了沉积物样本和岩芯。
结果
塔伊罗纳盆地的底层水参数非常均匀：温度为4.1±0.013°C，盐度为34.98±0 PSU，浊度为0.05±0.007 NTU，荧光强度为0.02±0.007 mg/m3。溶解氧浓度通常为214±0.7 μmol/L，但S60站点的浓度较低，为170 μmol/L。
表2总结了陆源沉积物的粒径数据。陆源沉积物的中位粒径范围为5.54（S60）至7.97（S59）。
讨论
塔伊罗纳盆地考察期间测得的底层水特性符合NADW（North Atlantic Deep Water）的特征（Torres等人，2023；Talley等人，2011）。沉积物中的总有机碳（TOC）含量为0.84–1.5%，表明有机物质含量适中（La Rowe等人，2020；Moodley等人，2005）。然而，由于水中氧含量较高（170–214 μmol/L），测得的TOC值相对较高，这可能与水柱中的高生产力有关。
结论
本研究首次对塔伊罗纳盆地的近期沉积过程和底栖有孔虫组合进行了综合分析。塔伊罗纳盆地是位于哥伦比亚南加勒比海边缘的一个前弧盆地。研究结果表明，该地区属于混合类型的碳酸盐-硅质碎屑沉积环境，其沉积过程受到沉积物来源、底层水条件和海洋过程的复杂相互作用的影响。
数据链接
附录A包含了本研究使用的数据库。您可以在此处访问：
作者贡献声明
格拉迪斯·贝尔纳尔（Gladys Bernal）：撰写、审稿与编辑、原始草稿撰写、监督、资金筹集、数据分析、概念构思。
丹尼尔·林孔-马丁内斯（Daniel Rincón-Martínez）：撰写、审稿与编辑、监督、资金筹集、数据分析、概念构思。
卡米拉·巴拉甘（Camila Barragán）：撰写、审稿与编辑、数据可视化、方法学研究、数据分析。
加布里埃尔·马丁内斯（Gabriel Martínez）：撰写、审稿与编辑、方法学研究、数据分析。
胡利安·纳兰霍（Julián Naranjo）：撰写、审稿与编辑、方法学研究、数据分析。
资金来源
本研究得到了以下哥伦比亚和德国机构的支持：哥伦比亚国立大学（Universidad Nacional de Colombia）、Ecopetrol公司、哥伦比亚石油与能源转型研究所（Instituto Colombiano del Petróleo y Energías de la Transición，简称ICPET）、促进研究和技术基金会（Fundación para la promoción de la investigación y la tecnología，资助编号5.069，以及基尔大学（Christian-Albrechts-Universit?t zu Kiel）的地球科学研究所。同时，德国研究基金会（DFG）通过资助编号GPF 19-1_118为此次科学考察提供了资金支持。
未引用参考文献
Harikrishnan和Nathan，2023
Parada和Tchegliakova，1990
Reloid Pérez等人，2008
Rueda-Roa和Muller-Karger，2013
Schmiedl等人，1997
史密森尼学会（Smithsonian Institution），2025
Vázquez-Rodríguez等人，2012
利益冲突声明
格拉迪斯·贝尔纳尔（Gladys Bernal）声明获得了促进研究和技术基金会（Fundación para la promoción de la investigación y la tecnología FPIT）的财政支持。克里斯蒂安·温特（Christian Winter）声明获得了德国研究基金会（DFG）的财政支持。如果还有其他作者，他们声明自己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
感谢“马格达莱纳河三角洲ROFI系统——加勒比海主要支流的陆海相互作用”项目的科学团队，特别是来自北大学（Universidad del Norte）的奥斯卡·阿尔瓦雷斯（Oscar Alvarez）博士和基尔大学（Christian-Albrechts-Universit?t zu Kiel）的克里斯蒂安·温特（Christian Winter）博士。同时感谢“玛丽亚·S·梅里安”号研究船（R/V Maria S. Merian）的船长Bj?rn Maa?及其船员，以及Deutsche Forschungsschiffe和Briese Research团队的支持。
