近日，云南大学张虎才教授团队通过对国际大洋发现计划（IODP）位于赞比西河口的U1477站点的沉积物研究，首次系统重建了赞比西河流域过去15万年的沉积物来源变迁史，揭示了构造活动与气候变化对非洲第四纪河流演化的协同驱动机制。该成果以“Provenance analysis of Late Pleistocene sediment from IODP Site U1477 reveals climate and river basin dynamics in the Zambezi River catchment”（对国际大洋发现计划（IODP）U1477 站点晚更新世沉积物的物源分析揭示的赞比西河流域气候及河盆动力变化）为题在线发表于国际权威期刊Gondwana Research（中科院1区Top， IF=7.2）。该研究为赞比西河流域晚更新世的演化提供了新的视角，并强调了沉积物物源分析对准确重建区域气候和环境变化的重要意义。

大型河流系统在塑造地球景观方面发挥着关键作用，同时又对构造活动和气候变化存在敏感响应。赞比西河作为非洲注入印度洋的最大河流（图1），经历了复杂而漫长的演变过程。赞比西河系统为研究构造和气候变化在塑造地球表面中的作用提供了重要载体。然而，其流域演化长期存在两大争议：河流袭夺时间争议——上游与中游河道连通时间存在125万年前与末次间冰期（约4万年前）两种假说；古湖泊成因争议——流域内的Makgadikgadi古大湖（被认为是现代人类起源地之一）的形成机制不明，气候与构造作用权重不清。以往研究受限于现代水坝对沉积物拦截的干扰，难以捕捉自然状态下的流域演化信号。边缘海沉积物来源为了解邻近河流集水区的演化条件提供了重要的代用指标，从而揭示了流域动态和对气候变化的响应。

该研究系统采集了赞比西河口来自IODP，U1477站点的68个沉积物样品（图1）。通过整合之前发表的赞比西河干支流数据，利用Sr、Nd和Hf同位素数据以及REE分析对过去15万年的沉积物物源进行了系统研究。对赞比西河河口沉积物68个岩芯样品的多指标分析重建了人类活动干扰前的河流物质输送历史，结果表明，近15万以来，整个赞比西河流域均向赞比西河河口附近海域贡献了沉积物。明显的非放射性成因的ε_Nd和ε_Hf特征与放射性成因的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值反映了赞比西河流域中下游的沉积物输入。相反，明显的放射性成因的ε_Nd和ε_Hf特征以及非放射性成因的⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值表明沉积物主要来自上游。上述地球化学和同位素数据的阶段性变化特征表明，赞比西河在晚更新世沉积物物源发生了重大变化（图2）。通过将我们的发现与其他来自海洋沉积物和古湖泊岩心的古气候记录对比研究，推断赞比西河上游沉积物来源对近海沉积物的贡献从大约4万年前开始增加，在此之前则主要来自中下游。此外，REE配分模式、Nd-Hf同位素耦合关系及粒度-物源解耦分析共同验证了物源转变的真实性。进一步分析其驱动机制，发现上述物源变化受到该地区构造与气候的协同作用的影响，即在4万年之前为构造主导期，乔贝断层（Chobe Fault）抬升阻塞上游河道，导致古大湖Makgadikgadi维持945米高湖面（图3），阻断了上游沉积物向河口输送。4万年之后为气候主导期，区域降水增加（图2）与断层活动减弱共同促使河道重新贯通，上游沉积物恢复输送，同时上游古湖泊萎缩为次级湖泊群（图3）。

图1 赞比西河地质地貌图 

图2 非洲南部代用记录与气候强迫的比较

图3 Makgadikgadi古湖演化示意图 

该研究首次提出15万年以来赞比西河上游存在周期性袭夺-重组事件，最近一次重组发生在约4万年前，解决了赞比西河“袭夺时间”的学术争议，阐明了大型河流系统对“构造-气候”耦合响应的微观机制，为全球河流演化模型提供范例。同时，揭示了大型河流的水坝建设对河口沉积物组成产生了根本性改变，为大型、超大型流域管理提供依据。

上述研究以我校生态学博士后流动站高有红博士为第一作者、合作导师张虎才教授为通讯作者。研究工作得到了国家自然科学基金（41820104008和U2202207）和中国博士后科学基金（2022M722708）的共同资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.gr.2025.05.012