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《湖南师范大学》 2010年
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世界盐湖的研究现状及典型区域古气候环境演变

白建斌  
【摘要】: 针对我国盐湖科学的兴起和发展以及世界比较的科学研究,二十世纪七十年代对全球盐湖进行概略介绍促进了盐湖科学的进步和发展,二十世纪九十年代对全球盐湖的资源环境及综合发展进行较系统地介绍激发了我国盐湖古环境研究与综合利用的全面发展,进入二十一世纪以来需要从全球变化和区域和谐发展的角度审视盐湖资源环境科学的综合研究和前沿领域,本文基于这种学科前沿发展及国家战略需求对世界盐湖进行综述并解剖重点盐湖区的系统分析工作,为当前地球资源环境科学的发展和全球变化对比研究提供丰富的基础资料。 该篇论文核心内容包括三个方面: 第一,对世界盐湖研究现状从环境与资源两个方面进行详细而系统阐述。 第二,选取典型区域-Owens湖进行了200ka.B.P.以来古气候演变的综合研究。由于任何地区在一定时期内的气候变化都是地球内部因素、地球外部因素包括大气环流、地形等多种因素综合作用的结果。因此,对古气候替代指标进行了多样化选择,包括藻类、植物孢粉、碳氧同位素和岩石矿物等气候指标选择,力求真实地反映客观事实。并与深海岩芯、南极洲冰芯以及中国的黄土高原进行了对比研究,更多地揭露全球气候变化背景之下,区域气候变化之间的遥相关。 第三,对该湖现代地表过程进行了研究。包括对浅层地下水蒸发、表壳盐迁移、同位素地球化学、湖表面尘暴形成等方面的研究。 通过对Owens湖古气候环境演变的研究,获得Owens湖200ka.B.P.以来古气候环境的大量信息。 (1)200-180ka.B.P.是水质较咸的时期,硅藻不发育,180-120ka.B.P.,72-65ka.B.P.以及50ka.B.P.-全新世早期是气候湿润时期,淡水硅藻比较发育。在这些间隔之间是气候干旱时期,咸水硅藻比较发育。 (2) 155-140ka.B.P.对应于倒数第二次冰期(MIS6), Owens湖处于淡水且溢流状态,湖水的盐度、温度和生物生产率都低.140-123ka.B.P., Owens湖开始闭合,生物生产率升高,盐度增加。到126.5ka.B.P.左右时,盐度达到极大值,并形成两层不同成因的富白云石层。126ka.B.P.后,气候变得湿冷,湖面上升,但在122.7ka.B.P.之前,该湖仍处于闭合且咸水湖状态。122.7-121ka.B.P.,该湖变得溢流且为淡水湖。121-115ka.B.P.气候波动较大,气候由暖干变得冷湿,接着又变暖干。湖面也相应发生波动,湖在闭合与溢流之间发生相互转变。115-113ka.B.P.气候冷湿,湖处于溢流状态。113-91ka.B.P.湖长期处于闭合状态,且湖的盐度105-102ka.B.P.时达到极大值。最低湖面出现在100ka.B.P.左右,形成了白云石层。91-84ka.B.P.时,气候变得湿冷,此时Owens湖处于淡水溢流状态且具有较低的生物生产率。84-72.3ka.B.P.时,Owens湖又一次变得闭合,且在80ka.B.P.时,形成了白云石。在该段时间的后半期,温度下降,但由于降水较少,湖仍处于闭合状态。72.5ka.B.P.时,最后一次冰期开始。72-62.6ka.B.P.,湖又变得淡水且溢流状态。 (3) 16.2-15.5ka.B.P.间Owens湖区较现代更为湿润,Juniper woodland盛行于Owens谷,15.5-13.1ka.B.P.间气候变得暖干,林地被灌木所代替,随后是一持续时间约100-200yr的干旱期,Chenopodiaceae增加,木本植物减少,湖面下降。从13ka.B.P.左右到11ka.B.P.间气候不断处于干湿波动中,但气候湿润期更普遍,且夏季更暖。新仙女木期气候不稳定,由于测年的误差使得Owens湖记录中新仙女木期间隔没有得到确认。11ka.B.P后,逐渐进入暖而干的全新世,湖面不断降低,荒漠灌木逐渐占据优势。 (4) 27ka.B.P.-15.3ka.B.P., Owens湖从晚更新世高水位1160m下降到1145m。18-11ka.BP间,发生六次持续1000-2000yr久的高频率湖面波动。约11.4ka.B.P.,湖从1145m下降45m.之后,湖面波动上升并达到全新世早期的高水位约1135m。到7.86-7.65ka.B.P.时,湖面又下降到1120m。随后湖又下降30m,使湖在6.85-4.4ka.BP.间变浅且接近干枯。4.3ka.B.P.后,湖面有轻微上升。到全新世早期湖水又逐渐变浅。 (5)过去1000yr气候变化的历史为:公元950-1760yr,气候可划分为明显的三个时间间隔,且各个间隔约持续270yr之久:公元950-1220yr,对应于中世纪气候异常,3次干旱期与2次湿润期交替发生,且各个时期约持续50yr。公元1220-1480yr,气候变得湿润。但在公元1395yr左右,存在短期的干旱。公元1480-1760yr对应于小冰期,气候又变得干旱,但较950-1760yr更冷湿.特别在公元1620yr之前。在该段时期内也存在30-50yr周期不等的干湿气候循环。自从约公元1880yr起Owens湖逐渐转变为干盐湖。 通过对Owens盐湖地球表生过程研究,可得出如下结论: (1)溶质剖面方法提供了对蒸发长期的平均分析,而对短期变化的敏感性较弱。而涡动相关和微渗水计法是对蒸发通量的实时测定。且溶质剖面方法一般估计蒸发通量的下界,而其它2种方法可提供对实际通量更精确的测定。 (2)黄铁矿是缺氧的毛管边缘与地下水区主要的含硫矿物。反应Fe的可利用性限制了硫化亚铁的形成。地表沉积物和浅层地下水中存在细菌硫酸盐还原的证据。地下水和沉积物中硫酸盐的利用具有开放性。由于上下沉积层间的蒸发造成水密度不稳定而引发的垂直混合可能促进了沉积物间的对流混合,提供了保证沉积物中足够硫酸盐供应的额外扩散机制。 (3) Owens湖地下水随着碱度的增加,Ca减少。并随着湖床面附近的浓缩,逐渐演化为高碱度的盐水。盐类的沉积首先为碳酸盐,随后为岩盐,最后为芒硝或无水芒硝。天然降水条件下,表盐中的As和F很容易释放出来。浅层地下水中与碳酸盐碱度有关的低浓度Ca是促进As和F移动的最重要因素。 (4) Owens湖浅层地下水中As的分布,形成以及氧化还原反应要受到地下水流和蒸发的强烈影响。在蒸发影响下可溶性As浓度适当增加。可溶性As浓度随着靠近湖床中心而增加,且在地下水体上部3m中随着深度增加而减少。无机砷占据可溶砷的绝大多数。Eh可调节As(Ⅲ)与As(V)的分布,且As(Ⅲ)是Owens湖浅层地下水中的主要形式。氧化还原反应受硫酸盐还原作用的调节。As(Ⅲ)矿物低吸附能力以及高溶解性导致As主要在溶液中积累。仅仅As2S3在高度还原条件下可能处于过饱和状态。 (5)风蚀Owens湖干盆地表壳的视觉外观和沉积结构与元素组成不存在相互关系。潜在的有毒元素和高浓度的盐可能存在于某个位置任意种类的壳层中。表面沉积物地球化学混合较好,而与视觉外观无关。元素浓度没有清楚呈现一贯的增加或减少趋势。 (6)1872年地震在Owens湖区形成了可以识别的沉积记录。地震导致湖床一些地区层理液化变形并引发断层小的偏移。地震诱发的波对湖床面造成侵蚀并沉积了分选差的含砾砂。Owens谷中其它地区断层的偏移表明全新世至少还发生过另外2次大的地震,这与Owens湖的记录相一致。
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