湖泊沉积物粒度的环境含义

王　宇

摘要:气候特征是冰期和相对温暖的间冰期交替发生。 湖泊沉积物以其连续性好、敏感性强和高分辨率的特点,在恢复和重塑各种短时间尺度(千年、百年、十年)的气候和环境演化序列上,具有其它自然历史记录无法替代性。本文主要研究沉积物粒度的环境含义,古气候特征,尘暴,构造运动等环境信息很好的保存在湖泊沉积物粒度上。因此,本文通过对湖泊沉积物粒度的研究进而推断当时的环境特征。

关键词:湖泊沉积物 ;粒度 ;气候 ;环境

由于湖泊沉积物是记录湖泊及其流域气候环境信息的有效载体,并具有连续性好、分辨率高、包含信息量丰富等特点,它记录了构造运动、气候变化、生态演化,尘暴等丰富的信息 ,这对地球环境的研究有非常重要的意义。本文试从湖泊沉积物粒度对当时的气候,尘暴和构造隆升进行分析.重建区域气候和历史环境,帮助认识地球上正在发生的各种变化.为未来的全球变化提供类比模式。

1湖泊沉积物粒度所反映的气候含义

近年研究表明,不同的湖泊沉积所反映的气候含义是不同的,区分封闭性湖泊和非封闭性的外流湖和洼地湖沉积。以下就是对这两种情况的研究。

1.1封闭性湖泊沉积物粒度所反映的气候意义

由于湖泊的相对封闭的地理表现形式,所以湖泊沉积在所有沉积中独具特色。它可提供时问范围达百万年、时间分辨率迭年至十年的高精度环境信息,因而在过去全球变化研究中具有重要地位。

对于封闭性的湖泊,陆源碎屑物是沉积物的主要物质来源,沉积物来源比较单一,因而湖水物理能量成为控制沉积物粒度分布的主要因素.按照理想的湖泊沉积作用模式,从湖岸至湖心,随着水深的逐步增大,湖水物理能量(水动力条件) 由强变弱,沉积物颗粒逐渐变细且平行于湖岸线呈环带状分布,即从湖岸至湖心大致出现砾-砂-粉砂粘土的沉积规律.因为在气候干旱期,湖泊的水位下降,湖面收缩,采样点离岸边的距离较近,水动力条件较强,可以带动粗颗粒物质到此处,而且此时的浅水强动力条件使细粒物质难以稳定沉降,因而在该位置沉积的颗粒较粗;反之,在气候湿润期,湖泊水位上升,湖面扩张,采样点离岸边的距离较远,粗颗粒物质难以到达,而且此时的深水弱动力条件有利于细颗粒物质沉降,因而在该位置沉积的颗粒较细,沉积物粒径减小。所以,沉积物粒径的大小反映气候的变化,沉积物粒径增大反映了采样点离湖岸的距离减小,湖泊水位下降,指示气候干旱,反之,沉积物粒径减小则反映采样点离湖岸的距离增大,湖泊水位上升,指示气候湿润。

1.2非封闭式的外流湖和洼地湖沉积物粒度所反映的气候含义

一般来讲,沉积物粒度的变化受水动力条件制约,而水动力条件往往受气候环境变化的影响。气候变化最直接的反映就是气温和降水。因而,气温和降水变化都会影响到入湖补给水动力大小以及湖面高低,进而影响沉积物粒度分布。

我国大部分湖泊是外流湖或洼地湖,与封闭型湖泊相比湖面波动较小,而且湖泊沉积物的粒度或许是由其他因素而非距离湖岸远近控制的。对外流湖和河间洼地湖,其水源补给主要为降水和洪水,降水又分为直接降水(即降水直接从空中降落到湖盆) 和地表径流。因此,洼地湖沉积物的物质来源主要有以洪水为介质动力的河流冲积物(或洪积物) 来源和以地表径流为介质动力的陆源碎屑物质来源。以洪水为主要物质来源的洼地湖沉积物应具有与冲积物(或洪积物) 相似的粒度分布,一般缺乏粗颗粒沉积,主要由悬移质构成,而以地表径流为主要物源的洼地湖沉积物,因地表径流注入湖区的同时短距离搬运大量粗颗粒物质进入湖泊堆积区,造成湖泊的多物源供应,由跃移质构成。

综上所述,控制地表径流发育程度的湖盆流域降水量的变化将成为控制洼地湖沉积物粒度的主要因素。在这种情况下,沉积物的粗颗粒指示流域降水量大的湿润时期;而细颗粒则反映了降水量较少的干旱时期。前期研究也表明 ,湖泊沉积物的粒度指示了流域降水量的变化。气候湿润时期,由于地表径流的增加,陆源粗碎屑物质进入湖盆,造成湖泊沉积物粒径变粗;气候干旱时期,地表径流贫乏,陆源粗颗粒物质难以搬运至湖泊,从而使沉积物粒径减小。

2 湖泊沉积物粒度所反映的尘暴变化

2.1 沉积物粒度所反映的单成因尘暴变化

随着20世纪尘暴事件频繁发生,而且有愈演愈烈的趋势,这引起许多学者的强烈重视。尘暴是在异常气候环境条件下干燥尘、砂被强风吹扬并通过上升气流达到高空的混乱现象。尘暴事件的发生具有突发性,且主要在降水量强烈波动的时段。

研究表明,湖泊沉积物粒度在揭示沙尘天气事件方面具有很大的潜力,并且粗颗粒含量及其中值粒径大小可以指示历史时期风力作用下的大气尘埃物质入湖状况,即可以指示沙尘天气发生的频率与强度。

2.2湖泊沉积物所反映的多成因尘暴双峰现象

沉积物的形成是多种生物,化学,风力,气候等多种作用力下形成的,单对某一方面分析往往是不够确切的。下面对尘暴的又一分析。

搬运介质的动力大小和搬运方式是决定沉积物粒度组成的两个基本因子,对于同一搬运方式而言,具有一定动力分布的流体所搬运的沉物质的粒度总体实际上是单因子随机事件的集合,并且其数字特征服从自然界的某种分布函数。这种单成因组分的频率分布为具有不同对称型、不同曲线形态的单峰(即单众数) 光滑连续曲线。

沉积物粒度分布为一种非对称分布,总体粒度由两个分布特征和成因不同的组分组成,第一组分分布峰度较高,分选较好的粗粒组分,这里粒度组分可能代表了季风盛行季节里仅距离,低空搬运的粉尘物质。粗粒的的含量可能反映了季风粉尘的沉积通量,进而指示了粉尘源区和沉积区的干燥度,,它表现出一种集中发生的降尘过程,也就是尘暴。第二个组分为一种峰度较低、分布平缓、分布粒度范围较大的细粒组分,可能为一种搬运距离和搬运高度相对较大的常态粉尘物质,代表了粉尘的本底特征,它可能主要由高空风气流搬运,这一组分的形成为一种经常性降尘过程,代表了大气粉尘的本底。

3 湖泊沉积物粒度所反映的构造活动

在构造运动中,通过对沉积物粒度的研究,推断构造运动的发生。粗砾,巨砾在普通沉积中很少大面积聚集。当构造运动相对活跃时期,从山体剥蚀下来的碎屑物质被高能量的水体搬运至盆地边缘地带并快速堆积下来,由于没有经历充分的风化,分选就沉积下来,所以沉积物的粒径大,分选差,搬运距离较近,在沉积层中比较突兀。在构造运动相对稳定时,碎屑物从源区到沉积区中心的半深湖泊沉积环境,由于有足够的时间去分析,富集,相对的沉积物粒境小,分选相对好,搬运距离较远。所以沉积物的粒度特征可以反映源区抬升,剥蚀强度及搬运距离的远近。

粒度所反映的构造运动是一方面,但单对粒度的分析就主观推断构造运动的形式,是不够具体和确切的。这还需要结合对磁化率,沉积相的研究,综合,客观的分析构造的隆升问题。

4总结

随着温室效应的产生,沙尘暴的频繁发生,环境问题越来越深入人们心中,本文试着从湖泊沉积物粒度揭示古气候,尘暴,构造隆升所代表的环境含义。封闭式湖泊和外流湖洼地湖中,沉积物粒度所反映的古气候是截然相反的。封闭式湖泊,粗粒指示温度高的干旱天气,细粒指示温度相对低的湿润天气;外流湖和洼地湖则相反。沉积物粒度分布的中值大小可以反映风的强弱,中值粒径越大,风力越强. 粗颗粒含量的高低则反映了源区的干燥度及物质的可获得性;粗颗粒含量越高,反映源区越干燥,可供给的物质越多。粗粒含量高,中值粒径大,能反映尘暴发生。山脉湖泊的构造隆升和沉积物粒度有密切的关系,沉积物的粒径大,分选差说明了构造隆升的发生,粒径小,分选好,则说明这段时期比较稳定,没有大的构造运动发生。大自然中沉积物的形成有多种原因,有时是不完全符合上述情况,这就需要人类利用智慧更仔细深入地寻找答案。

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