本文選題：長江　切入點：風化　出處：《南京大學》2015年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：長江作為連接青藏高原與海洋的第一大河,每年搬運大量風化剝蝕的溶解質(zhì)及沉積物入海,這些風化剝蝕物質(zhì)不僅記錄了高原風化剝蝕的重要信息,同時會對邊緣海環(huán)境產(chǎn)生較大影響。因此,通過長江河水及沉積物的地球化學及礦物學記錄追蹤流域物源變化,探討流域風化過程及揭示青藏高原隆升與氣候變化成為全球變化研究的熱點之一。但受流域復雜源巖、季風氣候及較強的水動力作用影響,長江搬運河水及沉積物在季節(jié)性及空間尺度上會有一定變化。以往由于采樣條件限制,研究樣品較為單一,對長江河水及沉積物在不同時空尺度范圍內(nèi)的變化研究還相對薄弱。本文首次對長江及其主要支流的河水和懸浮物進行全面系統(tǒng)采樣,以地球化學及礦物學為主要手段,圍繞長江的風化及源匯過程進行系統(tǒng)研究。樣品主要分為三部分:1)2010～2011年長江下游大通水文站航測斷面不同水深的懸浮物及河水。2)2011年7～9月長江流域干流與主要支流懸浮物和河水樣品。3)2012年2月長江流域干流及主要支流懸浮物和河水樣品。通過對以上河水及懸浮物進行系統(tǒng)地球化學,同位素地球化學及環(huán)境磁學分析,論文得到以下結(jié)論:1、長江干流上游金沙江河水離子特征以Na+、Cl~-為主,離子特征主要受蒸發(fā)巖影響。金沙江段以下長江河水以Ca~(2+)、HCO_3~-為主,離子特征受碳酸鹽巖風化控制,蒸發(fā)巖及硅酸鹽巖貢獻相對較小。流域硅酸鹽巖風化強度上游至下游逐漸增加,且夏季流域硅酸鹽巖風化強度大于冬季。流域化學風化速率時空變化較大,上游風化速率小于中下游,冬季小于夏季。流域夏季(冬季)碳酸鹽和硅酸鹽風化速率分別為19.01(9.10)和7.07(2.92)tkm~(-2)a~(-1),碳酸鹽風化速率高于硅酸鹽風化速率。化學風化通量上游至下游升高,與流量具有較好的正相關關系。支流化學風化通量夏季以金沙江最高,冬季漢江最高。流域冬季和夏季碳酸鹽風化消耗CO_2通量分別為41.9×1010和95.4×1010mol a'1,硅酸鹽巖風化消耗CO_2通量分別為34.4×1010和62.3×1010mol a~(-1)。2、長江流域上游懸浮物粒度大于中下游,季節(jié)性變化不大。懸浮物濃度夏季自上游向下游方向減少,而冬季上游較低,經(jīng)過宜昌后向下游方向增加并在入海前基本穩(wěn)定。夏季上游剝蝕通量最高,經(jīng)過三峽后明顯降低,經(jīng)過兩湖水系有所升高。冬季下游游剝蝕通量高于上游。懸浮物年平均入海通量為9.62×107 t/a,全年單次樣品數(shù)據(jù)所得懸浮物通量的相對誤差為-66.42%～152%,其中以豐水季節(jié)樣品計算誤差最小。3、長江不同區(qū)段溶解質(zhì)和懸移質(zhì)對干流貢獻比例不同,且具有一定季節(jié)性差異。溶解質(zhì)來源的最大貢獻區(qū)為川江段,季節(jié)性變化不大。相比之下,懸移質(zhì)來源的季節(jié)性差異較大,夏季主要來自上游金沙江段,而冬季主要來自中游兩湖流域。研究得出,流域人為影響(大壩修建,挖沙作業(yè))對河流溶解質(zhì)的來源變化影響不大,但會改變流域不同來源懸浮物對下游懸浮物相對貢獻比例。4、長江水體溶解無機碳(DIC)主要以HCO_3~-形式存在。下游河水HCO_3~-具有一定層間及季節(jié)性差異,分別受水中生物對DIC利用差異及稀釋作用影響。長江入海流量加權(quán)平均DIC通量為18.6×1012g/a。河水溶解有機碳(DOC)含量表現(xiàn)明顯的層間及季節(jié)性變化,層間變化與沉積物中水溶性有機碳的釋放有關,季節(jié)性變化主要受流域DOC來源影響。懸浮物顆粒有機碳POC(%)表層高于底層樣品,河床沙中達到最低,洪水期長江POC通量層間差異達17%,今后在POC通量計算時需要注意層間差異。長江年入海DOC及POC通量分別為1.88×1012g/a和1.38×1012g/a。對比往年數(shù)據(jù),長江搬運入海有機碳通量的結(jié)構(gòu)逐漸以顆粒態(tài)為主轉(zhuǎn)變?yōu)橐匀芙鈶B(tài)為主,河流搬運有機質(zhì)形態(tài)的改變會對邊緣海生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響,該結(jié)果對全球碳循環(huán)研究具有重要意義。5、長江不同深度河水Sr同位素組成較為均一,空間分布特征受流域源巖類型控制,表現(xiàn)為上游87Sr/86Sr值低于下游。下游河水87Sr/86Sr值呈現(xiàn)一定季節(jié)性波動,變化范圍為0.710125～0.710965,極端氣候條件下發(fā)生較大變化。在河水Sr同位素組成空間差異基礎上,流域季節(jié)性降雨的空間變化導致各物源對下游貢獻比例隨時間變化是下游河水87Sr/86Sr值季節(jié)性變化的主要原因。我們進一步利用流域河水Sr的時空變化數(shù)據(jù),成功將"模擬-定量"的研究思路應用于反演長江下游Sr同位素組成季節(jié)性變化。將流域物源示蹤研究從描述、定性的工作轉(zhuǎn)向模擬、定量的嘗試。該模型也為今后利用古沉積記錄Sr組成推算歷史時期流量提供可能。長江流域Sr通量顯示,上游溶解態(tài)Sr通量是中下游Sr通量3倍左右,指示了上游對長江Sr通量的控制作用。長江入海Sr通量為1.9×109mol·a~(-1),入海87Srex為3.1×106mol·a~(-1)。使用單次采樣計算得到年Sr通量與連續(xù)采樣加權(quán)平均得到年Sr通量之間存在有29.45～~(-2)2.9%的誤差,為今后單次采樣計算Sr通量提供誤差范圍。6、下游大通站不同水深懸浮物Sr-Nd同位素存在顯著差異,87Sr/86Sr從表層至底層逐漸減小,即隨粒度變大而減小;143Nd/144Nd從表層至底層逐漸增大,層間差異達3εNd。同位素組成的層間差異表明河流不同水深懸浮物攜帶物源信息不一樣,這一發(fā)現(xiàn)改變了河流同一時間搬運物質(zhì)物源統(tǒng)一性的傳統(tǒng)認識。進一步分析表明,長江底層懸浮物相對表層懸浮物含有更多上游風化物質(zhì),在物質(zhì)搬運過程中上游物質(zhì)可能傾向于底層搬運。長江下游懸浮物物源的這種層間分異特征,主要受流域物質(zhì)差異風化及水動力分選導致。7、長江懸浮物磁性礦物以磁鐵礦為主,同時存在少量不完整反鐵磁性物質(zhì)�？臻g上,流域上游懸浮物磁性顆粒較粗,磁化率高,中下游顆粒較細,磁化率較低。時間上,下游懸浮物磁性參數(shù)隨深度及季節(jié)變化顯著,底層懸浮物磁化率大于表層,層間最大差異達21×10-8m3/kg。洪水期懸浮物磁性礦物含量及粒度高于枯水期,磁化率季節(jié)性差異可達37×10-8m3/kg。時空綜合分析表明,長江懸浮物磁性特征主要受流域源巖及水動力控制,因此,使用沉積物環(huán)境磁學特征進行物源示蹤時,尤其應該考慮到不同粒級樣品的物源意義。與空間變化相比,層間變化和季節(jié)性變化更多的受到河流水動力條件的控制�？傮w而言,論文通過系統(tǒng)樣品采集,對長江風化和源匯過程進行綜合研究,對產(chǎn)生河流搬運物質(zhì)的源(風化)、物質(zhì)在流域內(nèi)的搬運以及入海通量完整的源匯過程進行系統(tǒng)研究,研究結(jié)果不僅深化了對長江源匯的理解,也為今后長江的物源研究工作提供指導意義,將幫助對歷史記錄進行更準確的解釋和判斷。
[Abstract]:......
【學位授予單位】：南京大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：P342;P512.1

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本文編號：1639551