松花湖沉积物137Cs 和210Pb 分布及沉积速率郝立波1,刘海洋1,陆继龙1,孙淑梅2,潘志恒2,赵玉岩11.吉林大学地球探测科学与技术学院,长春 1300262.吉林省地质调查院,长春 130061摘要:松花湖沉积物柱心中存在3个明显的137Cs 蓄积峰,分别是37cm 处的1964年蓄积峰、27cm 处的1971年蓄积峰和23cm 处的1975年蓄积峰。

利用137Cs 核素1964年和1975年对应蓄积峰计算的沉积速率分别为0.86cm/a 和0.71cm/a 。

采用210Pb 计年的常量初始浓度模式(CIC)计算的平均沉积速率为0.71cm/a,两者估算的沉积速率吻合。

松花湖1964 1975年间的沉积速率明显高于1975 2006年间的沉积速率。

137Cs 和210Pb 计年方法的结合有助于提高沉积速率估算的准确性。

关键词:210Pb;137Cs;沉积速率;松花湖中图分类号:X141 文献标识码:A 文章编号:1671 5888(2009)03 0470 04收稿日期:2008 12 16基金项目:中国地质调查局项目(12120105111208)作者简介:郝立波(1961 ),男,吉林敦化人,教授,主要从事地球化学教学与研究,E mail:haolb@to 通讯联系人:陆继龙(1973 ),男,山东东平人,副教授,博士,主要从事地球化学教学与研究,E mail:lujilo ng @sina.com 。

Vertical Distribution of 137Cs and 210Pband Sedimentation Rate in Songhua LakeH AO Li bo 1,LIU H ai y ang 1,LU Ji long 1,SU N Shu m ei 2,PAN Zhi heng 2,ZH AO Yu y an 11.Colle ge of G eo E xp lor ation S cience and T echnolog y ,Jilin Univ er sity ,Changc hun 130026,Ch ina2.J ilin Geolog ical S urv e y Institute ,Chan gchu n 130061,ChinaAbstract:T hr ee distinct137Cs peaks form ed at 1964,1971and 1975,respectiv ely.are recog nized inthe sediment core of Songhua Lake.U sing 137Cs depths recorded in 1964and 1975as the datum levels,the sedimentatio n rate are calculated to be 0.86cm/a and 0.71cm/a,r espectively.The averag e sedi m entation rate is 0.71cm/a calculated by CIC m odel of 210Pb dating ,w hich show ed a goo d agr eement w ith the result calculated by the137Cs.T he sedimentatio n rate fro m 1964to 1975is higher than thosefro m 1975to 2006in Songhua Lake.T he com bination of 137Cs and210Pb dating is m eaning ful in improv ing the estim ating accuracy of the sedimentatio n rates.Key words:210Pb;137Cs;sedimentatio n dating;Songhua Lake0引言松花湖是在松花江小丰满处建水坝而形成的大型人工湖泊,其最大水面约为555km 2,最大库容量为108亿m 3,湖面最宽约5km,最大水深80m 。

松花湖最大补给水源为松花江干流,入湖支流40余条,主要有辉发河、蛟河等。

除发电、防洪等功能外,松花湖也是吉林省长春市和吉林市生活与生产用水的水源地。

由于松花湖区森林植被和入湖河流沿岸植被的破坏、湖滩湿地的耕种等造成了严重的水土流失,大量的泥沙进入湖区,影响了松花湖的生态和社会功能。

沉积速率是沉积地貌环境演化的重要指第39卷 第3期2009年5月吉林大学学报(地球科学版)Jour nal of Jilin U niver sity(Ea rth Science Editio n)Vo l.39 No.3M a y 2009标,同时也是预测入湖泥沙量的重要依据。

20世纪70年代初期,210Pb定年技术已成功地运用于湖泊及近海地区沉积速率研究[1 2]。

现代沉积物中过剩的210Pb及137Cs测年是一种经济快速且精度较高的方法,广泛运用于湖泊、河口海岸和海洋现代沉积速率的估算[3 9],同时应用放射性同位素210Pb和137Cs 可以使湖泊现代沉积速率的计算定量化,两者相互印证,使沉积速率的研究更为准确。

目前尚无松花湖沉积速率方面的研究报道,本文采用210Pb和137Cs 相结合的方法估算了松花湖沉积速率,以期为控制流域水土流失、保护松花湖的社会和生态功能提供参考。

1样品采集与分析沉积物柱心(SC2006 1)于2006年12月20日采自松花湖,地理坐标为12656!3∀E、4336!12∀N,沉积柱心长61cm,上覆水深约10m。

采样采用GPS定位,采样装置为自制PVC管式便携式采样器,采集的沉积物柱心完整,悬浮层未经明显扰动,界面水不浑浊。

采集的沉积柱心冷冻固结后按1 cm分切沉积物,经冷冻干燥处理并称重。

沉积物成分均匀,均为粉砂质粘土,X 光分析表明,沉积物主要矿物组成为石英、长石、伊利石、高岭石、绿泥石和蒙脱石。

样品由中国科学院南京地理与湖泊研究所湖泊与环境国家重点实验室分析。

样品测试前处理方法:烘干,去除大块有机质,研磨,装盒密封(15d),待测;仪器:美国奥泰科(ORT EC)仪器公司生产的高纯锗低本底 能谱仪,探测器型号:GWL 120 15;多道型号:JR2.0;标准样品由中国原子能研究院提供(标准误差为#5%),样品测试数据误差2 为# 15%。

2结果与讨论2.1 210Pb ex垂直分布与计年天然放射性同位素210Pb是铀系子体226Ra衰变的产物,半衰期为22.3a;湖泊现代沉积物中210Pb 来源于大气沉降、河流输入(210Pb ex)和沉积物母体226Ra衰变(210Pb sup)。

测出沉积物柱心某一深度210Pb的总值,扣除210Pb sup后得到210Pb ex,利用计年的模式计算沉积速率[10]。

松花湖沉积柱心210Pb ex分析结果(图1)表明, 210Pb ex比活度随深度大致呈指数递减,说明沉积物在这些深度以下很少受到自然界或人类活动的影响,采用常量初始浓度模式(CIC),根据最小二乘法求得210Pb ex活度(A)与深度(Z)的关系为Z=141.28-22.81∃log(A),r=0.8186。

以此计算的平均沉积速率为0.71cm/a。

图1210Pb ex、137C s活度垂直剖面图Fig.1 The vertical profile of210Pb ex、137C s in Songhua Lake2.2 137Cs分布特征与计年松花湖沉积柱中出现3个明显的137Cs蓄积峰,分别是37cm处(26.42Bq∃kg-1)的1964年蓄积峰、27cm处(19.99Bq∃kg-1)的1971年蓄积峰和23cm处(16.88Bq∃kg-1)的1975年蓄积峰。

利用137Cs的3个蓄积峰位置作为计年时标,据此计算各时标间的沉积速率(表1)表明,松花湖沉积物柱心1954 2006年的沉积速率是0.96cm/a;1964 2006年的沉积速率是0.86cm/a;1971 2006年的沉积速率是0.74cm/a;1975 2006年的沉积速率是0.71cm/a。

虽然137Cs时标法不能给出各层间具体的沉积速率,只能给出一个阶段的平均沉积速率,但根据计算结果仍可知在过去50余a松花湖沉积物经历了一个从快到慢的沉积速率变化过程。

表1松花湖沉积速率137C s时标计算结果Table1Sedimentation rate with137C s in Songhua Lake时标/年份对应的层节/cm计时区间平均速率/(cm∃a-1) 1964361964 20060.861971261971 20060.741975221975 20060.711964 1975 1.30471第3期 郝立波,等:松花湖沉积物137Cs和210Pb分布及沉积速率2.3讨论沉积速率及其变化反映了在区域自然因素和人类活动影响下,入湖泥沙量和排出量之间的动态平衡被破坏和新平衡建立的复杂过程[11]。

剖面中210Pb ex活度的波动比较明显。

生物扰动、风浪湖流作用造成沉积物再悬浮后迁移到深水区沉积下来都会造成210Pb ex垂直剖面的变化。

1963 1964年全球散落高峰期在北半球的沉积物中成为重要的计年标志。

该区沉积柱心在37cm出现的1964年蓄积峰十分明显,与内蒙古东部的乌兰泡沼泽[12]等地是一致的,是十分可靠的计年时标。

本区1975年蓄积峰在内蒙古东部的乌兰泡沼泽、贵州的红枫湖和洱海[13]、云南的程海[14]和新疆的博斯腾湖[15]也均有明显存在。

与乌兰泡沼泽沉积一样也并未发现1986年137Cs峰值。

这是由于1986年137Cs次级蓄积峰在全球的沉积物中散落量大小有明显的区域特点[16]。

因此本区采用1964年和1975年计年时标计算的沉积速率是可靠的。

对比137Cs和210Pb计算的沉积速率结果可以看出,从1975年到2006年的计时区间内二者结果是一致的,但1975年前计时区间137Cs计算的沉积速率明显大于210Pb计算的平均沉积速率。

1964 1975年之间出现较高的沉积速率可能与该期间湖区和入湖河流沿岸植被的破坏较为严重有关; 1968 1969年,由于林木滥砍盗伐严重,仅一年入湖泥沙就超过3000万m3[17]。

虽然20世纪70年代以来的沉积速率有所降低,但仍高达0.71cm/a。

因此需要进一步加强流域水土流失治理,保护湖区和入湖河流沿岸植被。

虽然采样点的选择尽量考虑能够代表湖区平均情况,但由于松花湖面积较大,地形复杂,沉积环境变化大,不同地段的沉积速率有一定差别;只有随研究程度不断增加,有更多的研究数据综合才能全面客观地确定松花湖现代沉积速率。