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构造稳定区山溪性河流入海沉积物组成及输运过程的气候控制
发布日期:2020-3-18      浏览次数:375

2020年2月,我实验室简星博士在Geophysical Research Letters发表了题为“Climate‐dependent sediment composition and transport of mountainous rivers in tectonically stable, subtropical East Asia”的研究论文,揭示了气候变化对亚热带构造稳定区的山脉侵蚀、山溪性河流沉积输运过程及入海沉积物组成的主要控制作用。

 

沉积源-汇过程研究对深入了解表生地质过程、陆-海界面分析以及追踪全球气候、环境演变历史,均具有重要指示意义。入海河流是这一过程中的关键环节,它是地表物质向海洋迁移的主要途径,作为连接陆地和海洋这两大体系的重要纽带,将大陆地表风化作用的产物以泥沙和溶解质的形式带入海洋,成为海洋物质的重要来源。

 

多年的观测数据表明,东亚热带-亚热带河流的物质输出对全球海洋总量做出了突出的贡献,而且这些河流的物质输运过程表现出了明显的多样性,颇具特色。现已认识到东亚地区存在两种截然不同的河流沉积物输运体系,即包括(1)稳定构造背景下,以长江为代表的“大河大三角洲-高通量-强烈人类活动影响-缓慢物质输运”的大河流体系和(2)活跃构造背景下,以台湾的河流为代表的“小河流-瞬时大通量-极端气候影响-快速物质输运”的山溪性小河流体系。浙闽入海河流(瓯江、闽江、九龙江等,如图1)也是东亚物质输出的重要途径,虽然处于稳定的构造背景,人类活动频繁,但流域地形与山溪性河流类似,并受季风气候和台风天气的影响。在自然环境变化和人类活动双重胁迫下,其沉积物输运过程及入海沉积物组分的变化规律,目前并不清楚。浙闽河流是否可以归为上述两种河流体系的一种,有待研究证实。

图1 研究区背景(详细说明可见论文)

 

该研究选取闽江为研究对象,主要缘于闽江流域上、下游分布了岩性和形成时代都不同的岩石,降雨具有明显的季节地域差异(图1),是开展短时尺度的沉积源汇示踪研究的理想场所。研究人员在闽江下游近河口段定点采集了不同季节(覆盖一整年)的河水悬浮物,作为闽江入海沉积物的代表,同时采集了全流域主要支流和干流的河床沉积物和悬浮物,用于进行入海沉积物的物源对比。开展了悬浮物和河床沉积物细组分的Sr-Nd同位素分析以及河床沉积物粗组分的沉积岩石学和重矿物分析。结果显示闽江入海沉积物的Sr-Nd同位素组成具有季节性的变化规律,所代表的物源演变与降雨的季节时空变化相一致(图2),说明闽江沉积输运过程及入海沉积物组成能快速响应于水文气候变化,具有季节的敏感性。闽江河沙具有较低的成分成熟度和结构成熟度,可能是输运快、旋回少的结果,这与传统沉积学中所认为的稳定构造环境中往往产生高成熟沉积物的看法不同。闽江沉积物粗、细组分的研究结果均显示了气候变化对闽江入海沉积物组成的主要控制作用。虽然闽江沉积输运体系与构造活跃区山溪性小河流体系具有一定的相似性,但它可能代表了一种被低估的东亚河流输运体系。该研究显示了浙闽河流入海沉积物组成的时空多样性,强调了气候因子在亚热带构造稳定区山脉侵蚀作用、沉积输运过程中的重要角色,对地史时期构造-气候-沉积耦合关系研究也有启示意义。

图2 闽江不同季节入海沉积物的Sr-Nd同位素分析结果(详细说明可见论文)

 

该研究得到了国家自然科学基金、福建省自然科学基金、同济大学海洋地质国家重点实验室开放课题等多个项目的资助。研究成果发表在地学顶级期刊Geophysical Research Letters,简星博士为第一作者及通讯作者,同济大学杨守业教授及实验室高树基教授参与合作研究。

 

简星博士主要从事沉积地质学研究,利用沉积学与地层学、矿物学与岩石学、元素及同位素地球化学等手段,解决表生地质过程中与沉积物的形成、侵蚀、搬运、堆积及演化有关的科学问题,并应用于沉积矿产资源的勘探和地表环境的评价。

个人主页:https://mel.xmu.edu.cn/staff.asp?tid=613

 

论文来源:

Jian, X., Zhang, W., Yang, S., & Kao, S.‐J. (2020). Climate‐dependent sediment composition and transport of mountainous rivers in tectonically stable, subtropical East Asia. Geophysical Research Letters, 47, e2019GL086150. https://doi.org/10.1029/2019GL086150

 

全文链接:

https://doi.org/10.1029/2019GL086150