长江口—近岸陆架现代沉积物定年方法的研究探索

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认识全球环境变化(例如,海平面变化)和区域人类活动史(例如,环境污染历史)问题,以及建立河口-海岸带环境管理监测方案等必须以精确的年代学研究为基础。虽然210pb、137Cs放射性核素在长江河口-近岸陆架定年、计算沉积速率方面已经开展了大量的研究工作,但是,210Pb计年法的假设前提条件对沉积环境的要求很苛刻,210pb、137Cs在实际应用方面均存在至关重要的一些疑点,其中最主要的原因是长江河口水动力复杂,沉积环境相对不稳定,受到生物扰动、台风、风暴潮以及人类活动等的影响特别严重,所以目前该区百年尺度内河口沉积物的定年存在很大的不确定性。针对210pb、137Cs的局限性,近十余年来国际上,又发展了事件性沉积定年的新手段,包括球状碳颗粒(SCP),外来植物花粉等。长江流域近百年来流域人类活动显著,尤其建国后不仅有大跃进,大兴水利工程,而且改革开放以来的经济发展、城市化也十分迅速,与此相关的沉积物颗粒组成变化,SCP,城市行道树花粉等也必定会在河口沉积物中有所记录。本文利用长江口外获取的两个浅孑L(YZE,CX38)进行多种方法定年研究。其中,YZE孔位于北港口外,CX38位于近岸陆架-河口泥质区。试图综合不同定年指标,包括放射性同位素210Pb和137Cs,球状碳颗粒(SCP)和火电生产水平、长江流域大洪水事件对比,二球悬玲木花粉与记载资料对照以及沉积物粒度特征和入海泥沙(包括大坝水库库容)、东亚冬季风指数、长江河口流路分汊及主泓位置变化等对比,探讨长江河口-近岸陆架现代沉积物定年方法和年代模式,并通过不同指标的相互对比验证使得沉积物年代序列趋向准确可靠。综合定年结果,计算两孔沉积速率在不同时期的变化,初步探讨流域人类活动对河口区沉积的影响。研究结果显示,CX38孔210Pb呈较好的指数衰竭趋势,根据CIC模式得到平均沉积速率2.06cm/年,根据CRS模式相对于CIC模式基本偏老,这是由于CIC与CRS的理论基础所致;该孔137Cs含量较低,最大值仅2.21Bq/kg,由其得到的沉积速率与210Pb趋势基本一致,但年龄整体偏老。YZE孔210Pb也显示了一定的指数衰减趋势,含量垂向分布受扰动较明显,根据CIC模式得到平均沉积速率1.22cm/年;137Cs的含量也很低,由其推测得到的年龄明显偏老。SCP产出量与发电量成正比,反映到沉积物中为SCP的浓度变化随区域发电量的增长而增长,因此沉积物中SCP的浓度变化就具备了时标意义。两个孔的SCP含量及分布均显示了强烈的阶段性及基本一致的波动,可以和中国的经济发展水平、城镇化发展水平,尤其与火电发展良好对应;因此分别确定了辛亥革命至抗战前夕(1911-1936年),新中国成立以来、“一五”计划,改革开放以来经济快速增长,及21世纪以来城市化推进四个重要的阶段。其中20世纪60年代,火电生产水平波动明显,与此对应的两个孔SCP含量也存在良好的记录。两孔在SCP快速上升的过程中,也有几次明显低谷,推测可能对应流域大洪水事件。对CX38孔二球悬铃木花粉的试探性鉴定统计显示,全孔都有该外来植物花粉的分布,其含量自下而上明显增加,尤其在钻孔顶部沉积物中以显著的加速度增长,可能对应了21世纪以来的快速城市化。两孔的沉积物颗粒组成也都呈现有规律的变化,考虑到在前三角洲泥质沉积区沉积环境相对稳定的情况下,粒度组成的主要影响因素有河流来沙结构和东亚冬季风强弱的变化。由于两个孔的位置不同,主要影响因素也有差别。YZE孔深108±1cm以上,沉积物显著变粗,推测由于该孔靠近北港较近,因此长江入海主泓位置变化对其粒度组成有显著影响,应该对应了1948年以来长江入海主泓改走北港。CX38孔粒度显示,孔深66±1cm沉积物明显变细,尤其>125μm细颗粒含量显著减少,推测反映了自60年代末、70年代初以来,长江流域修建大量大坝水库,导致长江入海泥沙量显著减少,尤其截留粗颗粒泥沙。对CX38孔作者还尝试了沉积物敏感粒径与东亚冬季风强度对比定年,但计算沉积速率结果显示,80年代以来的沉积速率高于60年代,这与流域人类活动导致的入海泥沙量变化明显矛盾,因此,我们认为此方法理论基础有待进一步探讨。两孔中各种方法定年的结果对比显示,YZE孔SCP时标与粒度-主泓变迁定年结果较为一致,与210Pb结果相差较大,我们推测210Pb结果受河口沉积环境不稳定和测试深度、精确度的限制较大。CX38孔SCP时标与210Pb CIC年代模式在30cm以上有着良好一致性,30cm以下相差较大,CIC年代模式较SCP时标偏年轻;SCP时标与细砂-大坝水库库容变化、入海泥沙变化对照定年结果较为一致。综合对比各种定年手段,我们认为河口-近岸陆架区沉积物来说,SCP来源比较单一,含量及分布特征基本不受粒度影响,结果较为准确可靠。另外,两孔137Cs含量均低,可信度也低,多为搬运再沉积产物,只能用于检验年龄模式。两孔中SCP定年的结果计算沉积物在不同时期的沉积速率显示,60年代“大跃进”时期砍伐森林导致泥沙产出大大增加,沉积速率较高,在两个钻孔中记录明显;80年代以来,长江流域大坝的大规模建设,致使入海泥沙显著降低,沉积速率较低,在沉积物钻孔表层50cm以上中记录也较为显著。
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