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环境磁学在加拿大伊利湖西盆地北岸Cedar滩的应用

张淑伟  
【摘要】: 我们用环境磁学方法研究了加拿大伊利湖西盆地Cedar滩(41.68°N, 82.40°W)沉积物的运动过程,来评估他们在理解自然和人为的湖岸侵蚀和沉积方面的适用性。富含重矿物的暗红色沙的主要磁性矿物是低钛或无钛磁铁矿,主要磁颗粒是PSD-MD,并有一些SD-SP颗粒,这些沙的次要磁性矿物是硬磁矿物(即:磁赤铁矿、赤铁矿或针铁矿)。这项研究不仅揭示了Cedar滩沙的磁性浓度、沙粒大小(SGS)、磁性颗粒大小(MGS)、重矿物组合的空间变化,和暗示了它们之间的关系,而且观察了季节性变化对沙滩的影响,并突出显示了化学作用(包括生物化学作用)对滩沙(尤其是近湖水区的大粒沙)的可能影响。 通过测量滩沙的表面磁化率,在横越沙滩方向上,我们把沙滩分成3个区:区1是指接近湖水的向湖区,区2是指冲刷区近陆的高处,区3是指位于冲刷区高处之外的向陆区。较高处或沙丘(UD)靠着沙滩、邻近区3并在区3的近陆一侧。选取3组横越沙滩的剖面(西部、中部和东部),来观察西部滩、中部滩和东部滩的剖面变化。 在横越沙滩方向上,区2显示了最高的体积磁化率(κ)、较小粒度沙(250μm;重矿物组合)占全沙的质量百分比、质量磁化率(χ)、质量饱和等温剩磁(SIRMmass)和质量非磁滞剩磁(ARM_(mass))。在西部和中部滩,所有磁性浓度参数值,由区2到区1 (向湖方向)降低,由区2到区3(向陆方向)升高,然而在东部滩,这些参数值由区1到区3一直缓缓升高。磁性浓度参数值的变化(即:κ,χ, SIRMmass和ARM_(mass))与重矿物组合和滩沙粒度大小(SGS)的分布有关。在西部和中部滩,由区1到区2,重矿物比例增加,沙粒变细,而由区2到区3,重矿物的比例降低,沙粒变粗。在东部滩,从区1到区3,重矿物的比例一直缓慢增加,沙粒稍微变细。然而,磁性粒度的变化与沙粒的变化相反,它由区1(主要含PSD-小MD和较多SD-SP)到区3 (主要含大PSD-MD和较少SD-SP)轻微变粗。在西部和中部滩,区1的沙样比区2和区3的含稍多的硬磁矿物;而在东部滩,区1和区2的沙样比区3的含稍多的硬磁矿物。高处(或沙丘)与相邻的区3的沙样表现相似的性质。 在沿着沙滩方向上,西部滩有最高的磁性浓度(即:重矿物的比例)。从西到东,磁性浓度降低,由此,重矿物的比例降低,沙粒变粗。磁性粒度从西(PSD-MD和较少SD)到东(PSD-小MD和较多SD)轻微变细。西部剖面比东部和中部剖面含的硬磁矿物少。 波浪和水流在沿着沙滩和横越沙滩的方向上,优先搬运和分选粒度大、比重较小的沙,导致了滩沙的这种空间变化。南西西(SWW)的主风引起了北东东(NEE)方向的波浪。由于波浪和水流把沿岸滩沙搬运到Cedar滩东部沉积下来,遭受剥蚀的西部滩比沉积扩张的东部分布有重矿物(包括磁铁矿)浓度更高的细粒滩沙。气候因素(例如:强风和暴风浪)引起的湖水面的变化,可能已经引起了沙滩剥蚀和扩张,进而间接影响了滩沙的分布和湖岸线的取向变化。在滩沙沿岸搬运和沉积过程中,次要沙滩过程(化学变化,包括生物化学)的影响会丰富磁性粒度种类、促进硬磁矿物产生,在波浪和水流进一步作用下,磁性颗粒和硬磁矿物会在沙滩上呈现更有规律的空间分布。这项研究不仅可以促进对沙滩动力学更好的理解,而且可以获得更多关于湖泊-沙滩这个环境生态系统研究的有用信息,有助于更好地管理Cedar滩这个娱乐性沙滩。


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