在MIS 16–13期间，由于北大西洋涛动（AMOC）增强，巴西东部的水文气候状况趋于减弱

《Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology》：Eastern Brazil hydroclimate weakening linked to stronger AMOC during MIS 16–13

大西洋深海环流与南美季风系统的百万年耦合响应研究，通过分析巴西东海岸S?o Francisco河口的DGL-1905沉积岩芯，发现400-700 ka期间ln(Si/Al)指示的季风强度减弱与δ13C记录的AMOC增强呈负相关，揭示ITCZ北移驱动南美季风减弱的机制。

　　

B. Gomes | I.M. Venancio | J.M. Ballalai | T.S. Figueiredo | A.G. Almeida | A.L.S. Albuquerque

巴西尼泰罗伊弗卢米嫩塞联邦大学地球科学（地球化学）研究生项目

摘要

多项古气候研究聚焦于大西洋翻转环流（AMOC）变化对南美洲季风系统（SAMS）在千年时间尺度上的影响；然而，这些研究缺乏对第四纪更长时间尺度的解释。本文介绍了一个覆盖过去100万年的沉积物岩芯，该岩芯采集于巴西东部圣弗朗西斯科河口附近的热带地区。我们使用ln(Si/Al)作为水文气候代用指标，以反映SAMS活动的变化，并通过底栖有孔虫的δ¹³C来追踪AMOC深层环流的相关变化。在70万至40万年前，我们观察到显著的变化：SAMS减弱的同时，δ¹³C呈现长期上升趋势，表明这一时期存在海洋-大气系统的耦合变化。我们认为，通风量的增加是对AMOC增强的响应，这导致热带辐合带（ITCZ）向北迁移，进而降低了SAMS的强度。因此，我们的数据为第四纪热带地区海洋和大气系统之间的长期耦合响应提供了见解。

引言

南美洲季风系统（SAMS）是南美洲东部人口稠密地区在澳大利亚夏季的主要水源（Hou等人，2022年；Reboita等人，2022年）。它主要受热带辐合带（ITCZ）季节性迁移的控制。夏季时，SAMS与南大西洋辐合带（SACZ）相连，将水分从亚马逊盆地输送到南美洲内陆和沿海地区（Broccoli等人，2006年；Stríkis等人，2015年；Green等人，2017年；Reboita等人，2022年）。许多研究利用不同的代用指标重建了南美洲的古气候，如ln(Ti/Ca)、ln(Fe/K)、沉积物岩芯中的花粉粒以及洞穴沉积物中的δ¹⁸O。然而，这些记录大多仅涵盖一个或几个冰期-间冰期周期（Baker和Fritz，2015年；Stríkis等人，2015年；Campos等人，2019年；Campos等人，2022年；Piacsek等人，2022年）。这样的时间尺度不足以完全捕捉SAMS的自然变化或评估长期气候转变对其的影响。

其中最显著的转变之一是中布伦斯转变（MBT，约43万年前），发生在过去100万年间。这一转变标志着两个间冰期状态之间的过渡：MBT之前，间冰期相对温和；之后则显著变暖（Jansen等人，1986年；Jaccard等人，2013年；Yin，2013年；Barth等人，2018年；Ao等人，2020年）。这种气候重组引发了全球性的变化，包括非洲和亚洲季风的增强（Larrasoa?a等人，2003年；Guo等人，2009年；Kunkelova等人，2018年）、南美洲最北部地区降水增多（Hooghiemstra和Ran，1994年）、东非气候变干（Owen等人，2018年）、南极底层水（AABW）形成减少（Yin，2013年）以及海洋水体通风增强（Barth等人，2018年）。尽管有大量证据支持这些变化，但关于MBT期间巴西古气候的记录仍然很少，尤其是关于SAMS的响应情况。

许多与MBT相关的变化与海洋密切相关，因为大西洋在全球热量再分配中起着核心作用（Trenberth和Solomon，1994年）。大西洋经向翻转环流（AMOC）的变化直接影响南美洲气候和SAMS（Baker和Fritz，2015年；Stríkis等人，2015年；Mulitza等人，2017年；Campos等人，2019年）。AMOC还强烈影响ITCZ的平均纬度位置（Marshall等人，2014年）。例如，当向高纬度输送的热量减少时，ITCZ会向南移动以恢复半球间的能量平衡（Stríkis等人，2015年；Campos等人，2019年）。这种位移已被证明会改变全球主要季风系统的强度，包括非洲、印度和东亚的季风（Ao等人，2020年）。

尽管多项研究表明在70万至40万年前非洲和亚洲出现了更湿润（Larrasoa?a等人，2003年；Guo等人，2009年；Kunkelova等人，2018年）或更干燥（Owen等人，2018年）的气候条件，但关于这些大规模气候变化如何影响南美洲气候的证据仍然不足。为填补这一空白，本研究调查了位于巴西东部的圣弗朗西斯科河流域的古气候变化。如今，该地区以半干旱气候为主，但也包含热带雨林、稀树草原和半落叶林（CBHSF 2025）。

通过使用沉积物岩芯DGL-1905，我们利用地球化学和同位素代用指标探索了该流域的古气候历史。ln(Si/Al)比率可以反映化学风化和/或降水量水平（Govin等人，2012年），从而作为长期尺度上SAMS强度的代用指标。此外，我们还提供了底栖有孔虫δ¹³C的长期记录，以评估AMOC动态的变化。通过结合这些代用指标，我们旨在研究主要气候转变期间季风变化与深层海洋环流之间的耦合关系，这一关系目前尚未得到充分理解，因为大多数先前的研究都集中在千年尺度上的事件（Stríkis等人，2015年；Campos等人，2019年）。

部分摘录

水文气候

圣弗朗西斯科河流域是塞尔希培-阿拉戈斯盆地的主要大陆性影响源，它从巴西东南部向东北部流动，受到热带和半干旱气候的影响（Dominguez，1996年）。它也是巴西东部最大的水文盆地，在文化和生态上具有重要意义，因为它包含了大量的塞拉多（Cerrado）和卡廷加（Caatinga）植被（Santos等人，2023年）。

采样地点

本研究使用的采样地点是DGL-1905，由Petrobras石油公司提供，属于SEAP（Sergipe-Alagoas águas Profundas）项目范围，位于南纬11°00′、西经36°30′，水深2.513米。该岩芯长59.69米，采集于巴西东北部塞尔希培省的圣弗朗西斯科河口附近的大陆坡。DGL-1905的岩性主要为富含碳酸盐的粘土，呈灰绿色。其中包含两次大规模搬运沉积（MTD）事件。

结果

DGL-1905的δ¹⁸O范围为3.06‰至5.42‰（平均4.34‰）。总体变化表现出间冰期-冰期的波动，其中间冰期数值最低，冰期数值最高。MTD内的数据与LR04曲线一致，表明没有时间顺序的混乱。δ¹³C的范围为?1.08‰至1.78‰（平均0.40‰）。DGL-1905的底栖δ¹³C记录在

70万至40万年间季风系统和AMOC动态的变化

DGL-1905的元素数据提供了过去100万年间南美洲东部气候动态的古气候信息，这些变化受到SAMS的影响。基于两种陆源元素的ln(Si/Al)比率对海平面变化引起的陆地沉积物总量输入不敏感，主要反映了陆源物质的地球化学特征，而这些特征与水文气候变化密切相关。

结论

我们新的ln(Si/Al)和δ¹³C数据记录了过去100万年间南大西洋西部SAMS动态和中间海洋环流的变化。ln(Si/Al)显示，在MIS 16–13期间，由于ITCZ向北迁移，南美洲东部进入了更加干旱的阶段。这种迁移与AMOC的增强有关，这一点在大西洋地区的δ¹³C数据中也有体现。我们认为SAMS动态影响了我们的古气候记录。

CRediT作者贡献声明

B. Gomes：撰写——初稿、研究、数据分析、概念化。 I.M. Venancio：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理、资金获取、概念化。 J.M. Ballalai：撰写——审稿与编辑、方法论、概念化。 T.S. Figueiredo：撰写——审稿与编辑、方法论、概念化。 A.L.S. Albuquerque：撰写——审稿与编辑、监督、资源协调、项目管理、资金获取。

未引用参考文献

Bacia, 2018 S?o Francisco, 2021

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。

致谢

作者感谢Petrobras提供资金和沉积物岩芯，使这项研究成为可能。同时感谢SEAP项目和LOOP-UFF的所有成员。B.G.感谢CAPES（88887.961209/2024-00）和FAPERJ（E-26/201.866/2025）的财政支持。I.M.V感谢FAPERJ（SEI-260003/000677/2023、JCNE Grant 200.120/2023-281226）和CNPq（403894/2023-9）的财政支持。ALSA感谢FAPERJ的财政支持。