湖底泥巴的大秘密

2017-07-12 15:54 来源:科学大院 
2017-07-12 15:54:33来源:科学大院作者:责任编辑:肖春芳

  作者:李珊英(中国科学院南京明仕亚洲下载首页与湖泊研究所)

  湖底的泥巴总是以一副近乎“丑陋”的形态静谧地沉积在湖底,有的甚至还散发着一丝恶臭,从而让人不自觉地对其敬而远之,可是,有一群人却视之若宝,那么,湖底的泥巴究竟蕴藏着怎样的秘密?

  风尘仆仆寻“泥”人

  于普通老百姓而言,湖底的泥巴或许是最不起眼的存在,它们不像湖水那般既有利用价值,又可以营造出碧波荡漾、烟水浩淼的美景;也不像田野里的泥土可以孕育出不同的芬芳和美味。

  然而,在我国大大小小的湖畔周边生活着的居民,时常会看到这样一群视湖底泥巴如珍宝的科研工作者——他们经常在湖上不吃不喝漂一天,俨然一副严肃科研的架势,然而待其风尘仆仆、满身狼狈的归来之时,却只带回一管小小的泥巴;有的甚至在深山里背着沉重的设备艰苦跋涉几天,只为去山顶的某个不知名的小湖里,采一管不起眼的泥巴。

  老百姓对如此“科研”有太多的不解和疑惑,舟车劳顿,大费周章只为湖底的一管泥巴,哼,搞事情。更让人不解的是这群科研工作者对这些泥巴的“宠溺”和“呵护”,顿时为这些不起眼的泥巴披上了一层神秘的外衣,仿佛这小小的泥巴里蕴藏着无尽的智慧。

  的确,在科研工作者眼里,他们可以通过小小的泥巴去窥探大大的世界,这些小小的泥巴可以帮助科学家撕开过去千年甚至是几百万年前神秘的面纱,解读缺失器测资料的曾经,我们生存的地球家园经历的那些环境演变。

 

  那么这些泥巴究竟蕴藏着哪些秘密呢?

  “泥巴”的秘密

  这些不起眼的泥巴,专业俗称湖泊沉积物。

  在陆相沉积体系中,湖泊尽管在形态、大小、成因和发育阶段上有着很大差异,但是它们的沉积作用都是在天然封闭或半封闭的贮水盆地中发生的,且受到的扰动较小,因此,完整的湖泊沉积物剖面往往可以真实地记录过去百年、千年甚至几百万年前的环境演变。而组成湖泊底泥的成分和元素的提取又为这些记录的科学解读提供了可能性。

  湖泊沉积物古环境意义的解码

  一般而言,全球变化的科研工作者主要利用湖泊沉积物中的物理指标、化学指标及生物指标来重建过去环境演变的序列。

  使用最为广泛并对古环境重建意义较大的物理指标主要有湖泊阶地、粒度、环境磁学、色度等参数。

  湖泊及其流域的环境过程包括气候、水文、生物等变化过程,直接决定了湖泊沉积物中地球化学性质,如沉积物中有机质含量、元素组成、同位素组成及有机化学物质等。湖泊沉积物化学指标正是通过沉积物中有机质含量的变化、不同介质(有机质、生物壳体、自生矿物及单体有机质等)的同位素变化、元素组成及相关指数的变化、各种有机化合物含量和组成的变化等,揭示湖泊环境变化过程及其与区域气候变化的关系。

  与地球上存在其他的环境载体较为不同的是,湖泊环境还是诸多水生生物生存及埋葬的家园,因此湖泊沉积物中还蕴含着丰富的生物指标,这些生物化石又分为外源和内源两类指标,前者有孢粉、陆生植物残体、碳屑、植硅体等,可以指示流域生态景观;后者包括湖泊硅藻、介形类、摇蚊、枝角类、水生植物、鱼类骨骼残体等化石,通过沉积底层中化石分析和种类组合的垂向分布,反映湖泊过去生态系统变化。

  “泥巴”与古气候

  那么这些所谓的“环境参数”又是如何反映古气候变化的呢?

  以粒度为例,粒度指的是颗粒的大小,湖泊沉积物中粒度的粗细可以反映湖泊流域的区域降水状况。

  一般而言,区域降水增多,一方面增强了流域的侵蚀强度,另一方面也增大了流域的径流量,这样有利于粗颗粒物质搬运入湖,因此,湖泊中粗颗粒物质的增多,往往反映区域降水的增多,反之,粗颗粒物质的减少,反映区域降水的减少。

  再比如硅藻,这是广泛分布于各类湖泊水体中的自养生物,且其化石遗体可以较好地保存当时的环境信号。

  湖泊硅藻的分布具有明显的季节性,能快速响应水温的变化,许多环境和生物因子(如水体分层、湖水结冰厚度和消融过程、光透度、藻类生产力等)均与温度有关。因此,根据硅藻化石种群的组合,可以提取古温度信号。

  不同硅藻种类图

  同样,其他的指标也以其独特的智慧记录了过去环境的变化。

  “泥巴”暗语重放光彩

  幸运的是,它们的“暗语”并没有永远的迷失在黑暗的湖底,在经过一代代科研工作者不懈努力之后,这些参数得到了科学的解读,再次重放光彩。

  如今,我国的古环境演化科研工作者已经先后在不同地貌阶梯上实施了湖泊钻探采样:如青藏高原东北缘若尔盖古湖、高原中部错鄂湖、西南季风区云南鹤庆古湖、内陆干旱区罗布泊、青海湖,东亚季风区镜泊湖、兴凯湖等,由此获得了百万年以来长时间尺度湖泊环境演化和古气候变化的信息,揭示了青藏高原隆升的环境效应,以及不同地貌阶梯响应的差异。

  同时,以古季风理论为指导,科研工作者们开展了以晚第四纪为主的环境演变研究,为古环境演变研究的发展添砖加瓦。

  镜泊湖沉积岩芯孢粉及理化指标指示图

  心心念念必有回应,不科学地讲,或许是泥巴的执念感动了上苍,让它们深藏于心的秘密为世人所知;然而,细细想来,我们的地球母亲是如此的智慧,她总是以其独有的方式记录着过去的种种,也许我们缺少的并不是真相,而是缺少发现真相的智慧和头脑。

  自然、科学其实并没有那么神秘和高深莫测,也并非只存在于科学实验室中,它就在我们身边,在小小的泥巴里,在我们每分每秒呼吸的空气里……

  (文章首发于科学大院,明仕亚洲手机版授权转载)

[责任编辑:肖春芳]

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