湖泊沉积物中色度的指示意义

高影维

摘 要：色度是湖泊沉积物环境代用指标中最直观的特征之一，目前为止主要运用于百年、千年等时间尺度的湖泊沉积物研究方面。文章在收集整理国内外研究学者关于湖泊沉积物色度指标的研究成果的基础上，探讨色度与其他环境指标的关系以及其指示的环境意义。

关键词：湖泊沉积物；色度；指示意义

中图分类号：P736.21 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2019）02-0084-02

Abstract： Chromaticity is one of the most striking characteristics of environmental proxy indicators for lake sediment. So far， it has been mainly used in lake sediment research in time scales such as centuries and millennia. On the basis of collecting and sorting out the research results of lake sediment chromaticity index by domestic and foreign scholars， the relationship between chromaticity and other environmental indicators and the environmental significance of its indication are discussed in this paper.

Keywords： lake sediments； chromaticity； indicative meaning

湖泊沉积物研究自兴起以来一直受到研究者们的广泛关注。在中国的湖泊环境演化研究中，作为环境指标的沉积物粒度、藻类、碳氮同位素、碳酸盐、孢粉、碳屑、介形等方面已经被众多学者进行研究，并且获得了许多出色的成果[1-2]。近年来，很多学者在进行湖泊环境的研究中会增加色度作为环境指标，沉积物颜色是最直观的特征之一，能够在一定程度上体现了当时的古环境条件以及所处环境下的氧化-还原程度[3]。然而，凭借肉眼观看而判定颜色的方法往往会带着个人的主观性，导致误差较大，因此为了解决颜色空间的感知一致性问题，1976年，CIE的专家们制定了CIE1976L*a*b*颜色空间的规范，称为CIE1976L*a*b*表色系统，即门赛尔表色系统[4]。在表色系统中，L*值代表照明度，从明亮（即L*=100）到黑暗（即L*=0）之间变化；a*为红-绿彩度，表示颜色从绿色（-a*）到红色（+ a*）之间变化；b*为黄-蓝彩度，表示颜色从黄色（+b*）到蓝色（- b*）之间变化[4]。目前为止，色度在土壤沉积[5-6]、湖泊研究[7-8]和海洋沉积物等方面均有所成果，不过相对于土壤沉积而言，湖泊沉积物在色度研究这方面的研究相对较少。本文将对国内外的湖泊沉积物色度研究进行综述，并在此基础上对色度与其他环境指标的相关性及色度指代的环境意义进行探讨。

1 色度实验方法

色度测定主要使用日本Minolta（美能达）公司生产的SPAD-503 土色计。实验的具体步骤为：（1）将剖开岩芯的沉积物样品进行研磨（保持样品颗粒在固结成团前的原始大小）；（2）取碾磨均匀（用孔径为0.15mm过筛）后的样品置于50摄氏度的恒温干燥箱烘干；（3）进行仪器黑白校正；（4）在室温下取2～3g研磨后的样品放于标准白色参照色板上，压实压平成片状，在恒定背景光源环境下随机取三个区域用土色计进行测量，最后平均求得样品颜色的各个参数值。

2 色度与其他環境指标的关系

一般而言，湖泊沉积物的颜色变化由各种沉积物组分（包括有机物，碳酸盐，粘土和氧化铁矿物）的相对浓度决定，特别是其中的致色矿物，因此，研究沉积物色度时需要研究其与环境指标的关系。

吴艳宏、李世杰[3]利用门赛尔表色系统，通过可可西里苟仁错研究区的沉积物色度和地球化学指标的相关性对比分析，认为b*值与三价铁有着正相关关系，而L*值与碳酸盐含量有正相关关系，L*高值反映了碳酸盐含量较高；a*值与Mg含量有着正相关关系，当a*值较高时，湖泊沉积物中MgO含量和Mg/Ca含量也相对较高。

章云霞、叶玮等[4]在结合粒度、TOC等环境指代指标的基础上分析浙江北湖桥孔色度记录后，得出b*值与TOC含量有负相关关系田庆春、杨太保等[7]在对可可西里进行色度岩芯分析研究后认为，a*值和b*值与磁化率、碳酸盐含量以及TOC含量之间存在正相关关系；影响L*的数值变化主要是由TOC含量所引起的，间接的，受到了当时沉积环境的影响。另外，在干样和湿样的测试中，色度呈现相同的变化趋势，数值却相差较大，其中，a*、b*数值差别较小，但L*值变化会比较大一些，并且a*、b*、L*值会跟随着岩芯明暗程度体现出很好的变化，这可以反映出岩芯的颜色可在一定程度上代表当时的成岩环境。

吴健、沈吉[8]通过对黑龙江东部边缘兴凯湖岩心的磁化率与色度研究表明a*值大小主要受控于磁铁矿和针铁矿含量。

徐丽、苗运法[9]等通过对青藏地区西宁盆地沉积物的色度记录研究发现，L*值的变化主要是受到CaCO3的影响，a*、b*值的变化与TOC质量分数的变化有负相关关系，并且这种变化是受到氧化作用的增减影响的。

宋春晖、白晋锋[10]等通过对临夏盆地湖相沉积物色度与元素进行相关分析后发现，a*、b*值与Fe具有非常明显的正相关关系，而与Ca呈负相关关系，L*值与Ca则为正相关关系。

3 色度指示的环境意义

湖泊沉积物色度会受到沉积物成分中致色物质的影响而有所不同，在相关性研究中会表现出正相关或负相关关系，致色物质的种类以及质量分数基本上或多或少会表现气候的变化，因此，湖泊沉积物色度可以在一定程度上表明不同的环境意义。

不同学者在不同地区的研究成果均可证明L*值可用于指示气候干湿。L*值与碳酸盐成正相关关系，与总有机碳（TOC）含量呈负相关关系，当气候干旱时，湖泊水位会下降，介质浓度增大，导致湖泊的CaCO3沉积而增加，反之当气候湿润时，湖泊水位上升，导致沉积的CaCO3含量相对下降[3-4]；当气候干旱时，有机质累积会相对较差，TOC含量减少，沉积物颜色相对较亮[7]，因此L*高值可表示气候较为干旱，L*低值则指示气候较为湿润。

a*值与温度变化息息相关，a*值越大，则气温越高，反之气温越低。由于在高温环境下，Mg含量比较容易沉积下来，而吴艳宏、李世杰[3]通过可可西里苟仁错研究区的沉积物色度发现，a*值与Mg含量有着正相关关系，当a*值较高时，湖泊沉积物中MgO含量和Mg/Ca含量也相对较高，反映当时气候温暖。

另外，a*、 b*值与TOC含量有负相关关系，与三价铁的含量正相关，TOC在湖泊沉积物中反映了湖泊的初级生产力，当湖面降低时，氧化作用增强，TOC的保存累积会受到影响而导致TOC含量降低，而强氧化作用有利于三价铁的形成，从而Fe含量增加。因此，当湖面高时，湖泊氧化作用比较弱，a、b值减小，反之，当湖面低时，湖泊氧化作用比较强， a*、b*值增大[8]。

但是，有学者通过研究发现，a*、b*高值可能指示了较高湖面、气候湿润，反之代表较低湖面、气候干旱[10]。田庆春、杨太保等[7]在对可可西里进行色度岩芯分析研究后认为，研究区位处青藏高原，气候比较寒冷，钻孔位于深水环境，在冰期期间可能只存在还原环境，导致针铁矿含量较高，促使a*、b*数值较高，也就是说，可可西里钻孔的高a*b*值主要是在高水位的沉积环境中形成的。

因此，沉积物色度指标能够直接或间接地反映其区域的古环境变化，但在不同区域，其参数值所指代的环境也会有所不同，甚至会截然相反，因此利用色度作为湖泊沉积物环境代用指标时，需要结合其他指标共同解释。

4 结论

综合多位学者的研究，色度指标是湖泊沉积物中最直观的特征，具有方便快速的特点，目前主要运用于千年时间尺度的研究上，但是在不同的环境不同类型的湖泊沉积物中，色度三个参数值所代表的意义也会有所不同，例如，L*高值指示气候干旱，低值指示气候湿润；a*值增加指示气温升高，气候变暖，但在另外的环境则是降水增加的指示；一般而言，a*、b*值同时增加可以指示湖面的降低，可能当时湖区降水减少，a*、b*值同时下降指示湖面的升高，湖盆降水增加，但是在其他的研究区，其结论截然相反。

因此，在对研究区进行沉积物色度研究时，有必要结合当地条件以及其他环境代用指标，才能更有效地利用色度指示当时的环境变化，更好的进行古气候重建。

参考文献：

[1]侯新花，吴艳宏，杨丽原.全新世镜泊湖粒度特征记录的该地区古降水变化历史[J].湖泊科学，2006，18（6）：605-614.

[2]蓝江湖，徐海，刘斌，等.湖泊沉积中碳酸盐、有机质及其同位素的古气候意义[J].生态学杂志，2013，32（5）：1326-1334.

[3]吴艳宏，李世杰.湖泊沉积物色度在短尺度古气候研究中的应用[J].地球科学进展，2004，05：789-792.

[4]章云霞，叶玮，马春梅，等.浙江北湖桥孔色度记录的早-中全新世环境变化[J].第四纪研究，2016，36（5）：1331-1342.

[5]朱丽东，周尚哲，李凤全，等.庐山JL红土剖面的色度气候意义[J].热带地理，2007，03：193-197+202.

[6]黄维，翦知 ，Buhring C.南海北部ODP1144站颜色反射率揭示的千年尺度气候波动[J].海洋地质与第四纪地质，2003，23（3）：6-10.

[7]田庆春，杨太保，石培宏，等.可可西里BDQ0608钻孔沉积物色度环境意义及其影响因素[J].海洋地质与第四纪地质，2012（1）：133-140.

[8]吴健，沈吉.兴凯湖沉积物磁化率和色度反映的28kaBP以来区域古气候环境演化[J].海洋地质与第四纪地质，2009（3）：123-131.

[9]徐丽，苗运法，方小敏，等.青藏高原东北部西宁盆地中始新世-渐新世沉积物颜色与气候变化[J].兰州大学学报（自科版），2009，45（1）：12-19.

[10]宋春晖，白晋锋，赵彦德，等.临夏盆地13～4.4Ma湖相沉积物颜色记录的气候变化探讨[J].沉积學报，2005，23（3）：507-513.