长江口-近岸陆架现代沉积物定年方法的研究探索

摘要

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孔(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，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，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，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。