长江远端泥区底部浑浊层动力过程及其沉积效应

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底部混浊层下坡运动是一种常见的重力流形式。在水动力条件合适的情况下,底部再悬浮过程可形成密度高于周边水体的浑浊层,并在重力作用下沿斜坡向下断续运动。而据前人研究,这种浑浊层下坡运动在某些陆架环境中普遍存在。  根据底部浑浊层下坡运动过程和机制的分析,在远端泥区很可能具备其发生的条件,并且底部浑浊层下坡运动也将对远端泥的沉积过程产生影响。本次研究的目标即是针对长江远端泥这一典型区域,分析区内是否具备底部混浊层产生和下坡运动启动的条件,并在此基础上进一步探讨底部浑浊层运动的沉积效应。  野外观测结果表明,春季观测期间,浙闽沿岸海域水动力条件较强。风力较强,主风向是东北向;平均有效波高(H1/3)1.17 m,主要为近东向;涨、落潮流为近NW-SE方向的往复流,潮流流速较大,大潮期间垂线平均流速为0.35~0.42m·s-1,小潮期间垂线平均流速为0.21~0.22 m·s-1;余流流速3.5~6.1 cm·s-1,流向11~85°;底层水体温度和盐度高于表层水体,走航观测表明了温盐锋面的存在。  观测海域的平均垂线悬沙浓度35~67 mg·L-1,大潮期间的悬沙浓度高于小潮期间,波浪较强期间的悬沙浓度高于波浪较弱期间;海水中悬沙的粒径大于表层沉积物的粒径,表明存在絮凝作用;絮凝体的沉降速率远大于组成絮凝体悬沙颗粒,达1×10-3~4×10-3 m·s-1。  底部浑浊层的平均悬沙浓度大约100~400 mg·L-1,厚度3~8 m。潮流作用引起再悬浮,大潮期间51~74%的时间发生再悬浮作用,小潮期间33~36%的时间发生再悬浮作用,强烈的再悬浮作用维持了底部浑浊层的高悬沙浓度。  在重力作用下,底部浑浊层的下坡方向运动主要受陆架坡度、混浊层悬沙浓度和厚度三个因素控制。在浙闽沿岸内陆架,小潮期间底部浑浊层下坡运动速率1.9~2.5 cm·s-1,大潮期间2.6~3.9 cm·s-1;底部浑浊层重力输运率1.73~15.40g·m-2·s-1,单个全潮周期内其向海输运量为潮致向海输运的13~34%。在极端天气条件下,底部切应力增大,再悬浮作用的增强导致底部浑浊层的悬沙浓度和厚度增大,沉积物重力流输运率能够增加4倍以上。  沉积物重力流可以形成平行向海推进的斜坡沉积,其沉积效应在远端泥发育的中后期才逐渐显现,并随着河流远端泥沉积的发展、成熟,沉积物重力流的沉积效应不断增大。浅地层剖面显示,长江远端泥质沉积中以辐聚状斜坡沉积为主,仅在一些区域开始出现平行状斜坡沉积。与之相比,在黄河的远端泥沉积中,平形状的斜坡沉积更为发育,是成熟期;珠江的远端泥沉积则缺少斜坡沉积,仅有很薄的泥质沉积,是初生期。  悬浮物是海洋中碳输运过程中有机碳的重要载体,而底部浑浊层往往是悬浮物浓度最高的层位,底部浑浊层的向海输运导致颗粒有机碳(POC)的跨陆架输运,造成的POC输运约1.6×103 kg·m-1·yr-1;同时,再悬浮作用和沉降作用的相对强弱决定了悬浮物能否沉积到海底,亦即POC能否从水体向海底转移。因此,底部浑浊层的沉降、再悬浮、水平运动等动力过程对有机碳的埋藏和跨陆架输运具有重要影响。
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