江苏省北部潮滩沉积物中137Cs和210Pb的分布外文翻译资料

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江苏省北部潮滩沉积物中¹³⁷Cs和²¹⁰Pb的分布

刘志勇，潘少明，柳絮应，高建华

南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室，南京210093，中国

摘要：2007年8月在江苏省北部新洋港潮滩不同的沉积区域收集了七个样柱，对这些样柱的沉积物粒径和放射性同位素¹³⁷Cs和²¹⁰Pb进行分析，根据沉积物样柱中¹³⁷Cs和²¹⁰Pb的活度计算得到潮滩不同区域表层沉积物的沉积速率和放射性同位素的分布，结果表明每个潮汐区都经历了不同的演化阶段，水文动力使潮滩表层沉积物粒度逐渐变化。对样柱表层¹³⁷Cs和²¹⁰Pb的活动变化的空间和原因进行讨论，在潮滩样柱中的¹³⁷Cs和²¹⁰Pb活动的波动反映了特殊的沉积性，上层深度的¹³⁷Cs和²¹⁰Pb的粒径分布和垂直剖面受到植被的影响。¹³⁷Cs和²¹⁰Pb年代学方法可得到潮滩可比平均沉积速率，样柱中的¹³⁷Cs和²¹⁰Pb的特征可以反映出不同潮汐带的各种沉积动力环境及潮汐带不同演化阶段的信息，根据粒度分布、样柱的质地、沉积速率和地形的信息，可以重建潮滩的演化过程。

关键词：潮滩；粒度信息；¹³⁷Cs和²¹⁰Pb测年；沉积速率；江苏北部

1 引言

江苏省北部潮滩是我国典型的泥质/粉砂质海岸，作为中国覆盖面积最大（5100平方公里）的连续分布的沿海湿地（王和朱，1990），来自黄海的丰富的细粒沉积物对陆地沉积起着重要的作用，在全球生态和生物多样性保护中具有重要意义。江苏省潮滩长884公里，从北到南平均宽度从10公里到13公里，因为变化的沉积物来源，侵蚀或沉积海岸线在历史上是不恒定的（吴和王，2005）。古黄河和长江口沉积物是两个主要的沉积物来源，它们积累到江苏沿岸中部，增加海岸总面积，加强沙脊辐射的范围和高度（陈，1991）。

潮滩因开垦和挖掘而受到强烈的人为影响，人工引入大米草和互花米草，对河床堆积产生很大的影响，改变了潮滩形态的演化过程（王等，2006）。沉积过程是维持潮间带生态系统的重要元素，地貌演化大大影响了潮汐生态系统的结构和功能。沉积物粒度记录了水动力条件、沉积物来源、沉积过程和潮滩植被的历史信息（王等，2004，李等，2007）。

现代沉积物是地貌演化的一个关键指标（夏等，2004），沉积记录包含古环境变化的信息，通过分析钻孔或样柱的粒度分布、沉积物质年龄与沉积构造得到（高，2009）。放射性同位素如¹³⁷Cs和²¹⁰Pb作为评价海洋、河流和湖泊沉积过程的示踪剂已经得到深入研究和广泛应用（万，1995；戴维和史蒂芬，1995；Guebuem等，1997）。此外，¹³⁷Cs和²¹⁰Pb沉积剖面可以使人洞察现代沉积过程（潘，1997；perianez，2008）。人工放射性核素¹³⁷Cs是核试验的结果，半衰期为30.2年，经大气沉降进入土地，依附于细颗粒沉积物输送。在沿海地区，¹³⁷Cs主要来源是大气沉降和受全球范围的¹³⁷Cs时间序列影响的沉积物样柱¹³⁷Cs垂直剖面（潘宁顿，1973；潘等；2008）。¹³⁷Cs浓度随沉积物样柱深度变化，因此可以与放射性记录的时间相比较（戈夫，1997）。第一次明显的¹³⁷Cs沉降为1953年，而1963年是全球铯落尘最大的年份，70年代后核武器试验使世界部分地区出现另一个可检测水平，尤其是在北半球（张等，2005）,区域核事故例如1986年切尔诺贝利事故造成大量¹³⁷Cs沉降，这些累积库存可以用作测年的指示剂。²¹⁰Pb是一种天然放射性同位素，沉积物中²¹⁰Pb（半衰期为22.3 年）的活动包含两部分，第一部分来自沉积物中²²⁶Ra的铀衰变系列（支持的²¹⁰Pb，记为²¹⁰pb_com），另一部分来自²²²Rn的钍衰变系列（不支持或超过的²¹⁰Pb，记为²¹⁰Pb_ex）的大气清除过程（如雨、雪、干沉降物等）（Nriagu，1978）。

潮间带的剖面比一般都能给出较为一致结果的朝上带湿地或潮下带海洋沉积物更难测年，包括生物扰动引起的返工和水流和波浪引起的再悬浮使计算沉积物速率出现问题（Thorbjorn 等，2000）。研究表明江苏潮滩沉积速率可根据地形（朱等，1986；杨，2002）或同位素，以及由互花米草植被对沉积速率的影响进行估计（王等人，2006；高等；2007）。然而在过去的几年中有非常少的研究是基于泥沙粒径和同位素的潮滩地带性特征和演变的，为了对潮滩的演变有充分的了解，目前的研究目标是：(1)分析潮滩不同区域沉积物粒度分布信息；（2）检测沉积物样柱¹³⁷Cs和²¹⁰Pb的分布特征；（3）计算潮滩的沉积速率及演化过程，研究结果对于更好地理解潮滩不同区域的结构和功能，开发与保护重要的湿地资源将是有用的。

2 研究区域

新洋港坐落在盐城国家自然保护区核心区，是典型的潮滩生态系统，几乎是江苏省一个完整的潮滩，表面分布从海到陆地的是粉砂和泥砂混合潮滩，大米草-互花米草潮滩、盐地碱蓬潮滩和芦苇潮滩4个平行的区域（王和朱，1990；高等，1997）（图1），随着丰富的沉积物供给从海上运到陆地，四个平行的区域向海延伸（科，1993）。新洋港潮滩输送大量细粒悬浮沉积物，约10公里宽。潮滩平均坡度为0.55times;10^–3，平均潮差为3.68米。因为这个区域是从最近的20

图1 研究区和采样点位置

公里的开放水域中分离出最近的近海潮汐脊，它的环境由于流体力学具有高度的开放性（王等，

1. ，年平均气温为14.4℃，年平均降水量为1020毫米，潮滩受海洋季风气候影响在夏季盛行东南风，在冬季由热带低压控制盛行西北风（任，1986）。

3 采样与分析

在2007年8月，使用手驱动的聚氯乙烯取样管收集七个沉积物样柱，样品取自从土地到海间隔约1公里的潮滩的不同区域。潮滩地表植被逐渐转变，从芦苇、盐地碱蓬到互花米草，这些样柱的深度范围从77到136厘米。芦苇区沉积物样柱被标记为L，芦苇和盐地碱蓬过渡带为YL，盐地碱蓬区为Y，盐地碱蓬和互花米草过渡带为YM，互花米草区为M，粉砂和泥砂混合区为G。把这些沉积物样柱带到实验室切开，描述地层并切割成2厘米厚的片进一步分析。所有的沉积物样柱，一个单独的沉积物样品每2 g用15毫升0.6%(NaPO₃)₆浸泡24小时来进行预处理，使它分散和均质化。用激光粒度分析仪测定样柱粒径（Master 2000，马尔文仪器产品，英国），用矩量法计算粒度参数（麦克马纳斯，1988）。其他样品称重并在80℃条件下干燥6天，水含量由干燥后的重量损失确定。干燥的样品是基础，密封在塑料箱里超过21天使²²⁶Ra和²²²Rn之间发生平衡（强顿，1983）。

¹³⁷Cs峰对应于之前年代的描述，用¹³⁷Cs测定沉积物样柱年龄是基于沉积记录中一些或全部可被检测到的峰值(Thorbjorn 等, 2000)。

假设²¹⁰Pb_ex通量恒定，在给定深度的沉积速率可由深度剖面中由于放射性同位素衰变而减少的²¹⁰Pb_ex来估计，这种方法是CRS（Constant Rate of Supply）模型（Shigeru等.，2006），年龄计算如下：

T = (1/lambda; ) ln(I_z / I_tot ) (1)

T为年龄，I_z为在深度z 的²¹⁰Pb_ex的量，I_tot为²¹⁰Pb_ex在样柱截面的总量，lambda;为²¹⁰Pb的衰变常数。（亚当等，2008）。

在南京大学海岸与海岛开发教育部重点实验室用美国的高纯锗探测器(GMX30P-A)测定¹³⁷Cs和²¹⁰Pb的活性，每个沉积物样品的gamma;活性测量72000秒，参考样品由加拿大海洋学贝德福德学院提供（65.4 克, 806.2 贝克/千克, 72000 秒）。

4 结果与讨论

4.1 粒度分布特征

4.1.1 平均粒度和组成

沉积剖面的粒度分布特征见图2。G，灰色，主要是由沙子组成，平均粒径从3.92Phi;（0–77厘米）到3.48Phi;（＞77 cm）。M2，沉积剖面在近65厘米处颜色和平均粒径明显不同，剖面发现残余互花米草根，平均粒径为4.48Phi;，剖面沉积物组成较低的部分为50%沙子和50%淤泥，上部基本上为淤泥。M1，灰色和黑色，平均粒径为5.14Phi;，砂在剖面顶部和底部，而淤泥更多在中间部分。YM，褐色，平均粒径为4.96Phi;并且平均粒径从顶部到底部增大，沉积物主要由淤泥和沙子组成，砂从剖面底部到顶部减少。Y，黄褐色，平均粒径5.01Phi;，粒径从底部到顶部变得更小，主要组成为淤泥，在剖面中发现植被残根。YL，棕黄色，粉泥混合，平均粒径为4.63Phi;，主要由淤泥和沙子组成。L，棕黄色，在整个剖面发现芦苇的根，平均粒径为4.63Phi;，主要

是淤泥。

图2 沉积物样柱平均粒径垂直分布和组成

4.1.2 频率曲线与标准差的比较

明显的证据表明，粒度分布随深度变化，这可能反映了不同阶段潮滩演变的粒度特征。这些样柱在不同的深度发现了相同的粒度特征，为了更好了解粒度特征，选择具有相似粒度参数的沉积物样柱（G，M，YM，Y）进行分析，比较它们的典型粒度频率曲线，结果表明这些样柱具有相似的典型粒度频率曲线。G、M和YM的典型粒度频率曲线有一个或两个阶段与M的频率曲线相一致（图3 -粒度频率曲线）。之前潮滩植被演化的报告（杨等，2002）称在上世纪90年代引入大米草，然后大米草覆盖了几乎所有潮滩的中间部分。互花米草在上世纪80年代引入到该区域，之后互花米草集群在潮滩较低部分500米的宽度，现在由于互花米草入侵大米草正在消失，现在互花米草是潮滩上的先锋植物。整合粒度分布信息和潮滩的演化阶段，一个结论是淤泥质潮滩经历了从淤泥质潮滩到大米草潮滩再到淤泥质潮滩。互花米草潮滩、盐地碱蓬潮滩和互花米草和盐地碱蓬的过渡区分别经历了从大米草潮滩到互花米草潮滩，盐地碱蓬潮滩到大米草潮滩到盐地碱蓬潮滩，盐地碱蓬潮滩到大米草潮滩到互花米草和盐地碱蓬的过渡区。

如果沉积物来源是持续的和稳定的，流体力学就是影响粒度分布的最重要的因素。新洋港潮滩较低部分悬浮沉积物含量高，而且向潮滩较高部分含量急剧减少（张，1986；李等，2007），流体力学从海上到陆地逐渐失去影响力。将G、M、 YM和Y在不同深度的粒度标准差进行比较（图3–粒度成分的标准差），具有较高粒度标准差的粒度组分具有较高的环境灵敏度（王等，1999；孙等，2003）。G、M、 YM 和 Y的粒度标准差都有与粗或细的沉积物相对应的峰值，这些样柱经历的演化阶段与与标准差曲线相似。粒度分布信息实际上反映了潮滩不同潮汐区对不同流体力学的反应并且流体力学在潮滩下部强烈。在不同潮汐区(G、 M、YM、 Y、YL和 L)潮汐淹没的频率分别为gt;80%、50%–80%、40%–60%、 20%–50%、 5%–20%和lt;5%（杨，2002）。

新洋港潮滩分布广泛，属于沿海堆积区，平均高水位水线仍在向海推进（张等，2002）。植被影响潮滩的悬浮沉积物输运和流速（高等，2005；王等，2006）。七站沉积物样柱上层沉积物粒度分析显示沉积物在淤泥质细沙潮滩上是粗的，在互花米草潮滩中等，盐地碱蓬潮滩是细的（表1），从海洋到陆地不同的流体力学可能是一个控制要素，植被生长推动了相同粒度积累到潮滩的不同区域。

4.2 沉积物表面的¹³⁷Cs和²¹⁰Pb空间分布特征

沉积物表面¹³⁷Cs和²¹⁰Pb的活动，如图4所示。按照沉积区¹³⁷Cs和²¹⁰Pb的活动空间变化。粉砂和泥砂混合区¹³⁷Cs的活动从海到陆地是逐渐无法察觉和增加的，在芦苇区达到3.12贝克/千克。而²¹⁰Pb在粉

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