湖泊研究的歷史與湖泊分類

摘 要：湖泊是在地殼構(gòu)造運動、冰川、河流沖淤等的地質(zhì)作用下，地表形成許多凹地，積水形成湖泊，湖泊的大小形態(tài)各異，現(xiàn)代的淡水湖，有從球場大小的淺水池沼到面積八萬多平方公里的美國蘇必蠡湖，也有深至1610米的貝加爾湖。在地質(zhì)歷史上末次冰期后北美的Agassiz湖，達(dá)到了百萬平方公里以上，那么這些形態(tài)各異的湖盆形態(tài)是如何形成的，國內(nèi)國外的科學(xué)家們是如何研究的，又是如何分類的呢？文章將對湖泊研究的歷史與湖泊的分類方法進(jìn)行綜述。

關(guān)鍵詞：湖泊；湖泊歷史；湖泊分類

1 湖泊研究的歷史

1.1 國外湖泊研究的歷史

美國最早開始了對湖泊沉積的研究，19世紀(jì)末期Gilbert對美國猶他州大鹽湖前身更新世Bonneville湖的研究，以及Russell對內(nèi)華達(dá)州西部更新世Lahontan的研究，開創(chuàng)了湖泊研究的先河。到了20世紀(jì)20年代，人們對湖泊沉積的研究有了新的進(jìn)展：1920年德國工程師Nipkow用玻璃管采樣器在蘇黎世湖采集了世界上第一筒巖芯，并對沉積物的內(nèi)部特征進(jìn)行了分析；1932年Heim對瑞士主要湖泊在歷史時期一些災(zāi)變事件中所引起的沉積再作用進(jìn)行了詳細(xì)的記錄和描述。在經(jīng)過了近20年的沉寂之后，湖泊沉積的研究終于在上世紀(jì)50年代取得了重大進(jìn)展，Kullenberg在1952年于蘇黎世湖取得了8.5米長的巖芯，對之進(jìn)行孢粉和化學(xué)分析，從而揭示了冰后期以來湖泊營養(yǎng)條件和演化歷史的改變，在之后Hutchinson發(fā)表了《論湖泊學(xué)》，此書對湖泊學(xué)的研究內(nèi)容進(jìn)行了全面的論述，并對湖泊進(jìn)行了詳細(xì)的成因分類，對此后湖泊學(xué)研究有很大意義的指導(dǎo)作用；此期間尤為重要的還有美國綠泥河頁巖的湖泊研究，它是全球最大的非海相碳酸鹽沉積盆地的始新世中、晚期地層，在古環(huán)境再造和陸相生油等方面都有特殊意義，雖然在“形成綠泥河組地層的湖泊究竟是季節(jié)性干涸的淺湖還是水體分層的深湖”這個問題上至今還有爭議，但他卻為非海相含油盆地的古湖泊研究建立了模版。70年代后期以來，湖泊學(xué)在國際地學(xué)界中的地位逐步升高，國際湖泊學(xué)的研究出現(xiàn)了兩個方向：一種是在湖泊中晚第四紀(jì)地層中進(jìn)行的，以保護(hù)環(huán)境和氣候演變趨勢為目標(biāo)的研究；另一種是在構(gòu)造湖泊的中新生代地層中開展的，以盆地構(gòu)造、油氣形成和地質(zhì)演化為重點的研究。

1.2 我國湖泊研究的歷史

從20世紀(jì)20年代開始我國對湖泊相進(jìn)行了研究，首先我國的科學(xué)家在興凱湖、鄱陽湖、洞庭湖和太湖進(jìn)行了部分的形態(tài)測量及水文分析，并考察了青海湖及羅布泊的地質(zhì)情況。20世紀(jì)50年代以來，我國科學(xué)家又對茶卡、青海湖、大柴旦、查卡爾等高原咸水湖地區(qū)以及巢湖、鄱陽湖、洞庭湖、太湖等長江中下游的淡水湖和云南洱海、撫仙湖等斷陷湖進(jìn)行了地質(zhì)調(diào)查。20世紀(jì)80年代以來，伴隨著全球變化研究的發(fā)展，湖泊研究也得到了更多的重視，很多新方法在湖泊研究領(lǐng)域得到了應(yīng)用：環(huán)境磁學(xué)、穩(wěn)定同位素等，這些研究對湖泊沉積的認(rèn)識提供了寶貴資料。20世紀(jì)90年代以來，國際大陸鉆探計劃在全球范圍內(nèi)開展，在我國不同的地貌地區(qū)也進(jìn)行了湖泊鉆探，例如青海湖國際鉆探（2005年，1000m）、青藏高原東北緣若爾蓋古湖（1995.310m）等，這些鉆探活動獲得了百萬年以來古氣候變化的信息，揭示了不同地貌之間的差異。

2 湖泊的分類

伴隨著人們對湖泊認(rèn)識的增加，對于湖泊的分類也是眾說紛紜，以下將以湖泊的成因分類、營養(yǎng)水平分類和熱分層分類三個方面對湖泊分類情況進(jìn)行綜述。

2.1 湖泊的成因分類

2.1.1 Hutchinson（1957）對湖盆的分類是近代比較系統(tǒng)完備的分類，他根據(jù)不同的動力地質(zhì)作用形成不同的地貌形態(tài)，將湖泊分成了11大類，這11大類分別是：（1）構(gòu)造湖：包括由地殼深部運動造成的全部湖泊，地球上一些最大的湖泊屬于此類，例如坦噶尼喀湖（1435m）、里海（1000m）、貝加爾湖（1600m）、死海（400m）、維多利亞湖（80m）、黑海（2245m）等；（2）滑坡湖；（3）火山湖；（4）冰川湖；（5）河流湖；（6）溶解湖；（7）海岸湖；（8）風(fēng)成湖；（9）有機(jī)成因湖；（10）隕星湖；（11）人造湖。之后，又根據(jù)同一地質(zhì)作用下所形成的不同的地貌形態(tài)，將湖泊盆地進(jìn)一步劃分出76個小類。Hutchinson的成因分類雖然比較完整，但在具體劃分上并沒有依據(jù)戴維斯三分法的原則首先按照營力進(jìn)行分類。

2.1.2 根據(jù)戴維斯提出以不同的地質(zhì)營力進(jìn)行分類的條件下，將營力、動力地質(zhì)作用、動力地貌特征作為湖泊盆地成因分類的原則，對湖泊進(jìn)行了三級分類：一是內(nèi)營力，內(nèi)營力下包括：（1）褶皺作用，表現(xiàn)出的地貌特征有坳陷洼地湖和隆起水文型倒轉(zhuǎn)湖；（2）斷裂作用，代表的地貌特征有斷陷湖和斷裂湖等；（3）大陸裂谷作用，表現(xiàn)出的地貌特征有大陸裂谷湖；（4）地震活動，可以形成局部陷落湖；（5）海岸地殼隆升作用，代表的地貌形態(tài)有海岸隆升湖和新地湖等；（6）火山活動，火山活動多形成火山口湖、火山構(gòu)造盆地湖、谷地堰塞湖、熔巖流崩陷湖和火山熔巖填塞湖；（7）泥火山活動，形成泥火山口湖；（8）地下水熱活動，多形成地下水熱爆炸湖；（9）重力作用，在重力作用下可以形成山崩湖、滑坡湖、滑坡堰塞湖；二是外營力，外營力下包括：（1）溶蝕作用，多形成巖溶洼地湖、窩塘或落水洞湖、巖溶盆地湖、構(gòu)造洼地湖、地下湖、巖溶塌陷湖和氫氧化物沉積溶蝕湖；（2）流水作用，形成的湖泊類型有瀑布湖、側(cè)面堰塞湖、廢棄河道堰塞湖、河床洼地湖、牛軛湖、泛濫平原洼地湖、潮成自然堤堰塞湖、三角洲天然堤堰塞湖和湖岸三角洲分割湖；（3）冰川、凍融作用，形成的湖泊類型有冰面凹陷湖、冰內(nèi)湖、冰下湖、冰裂挖掘湖、冰斗湖、冰蝕洼地湖、冰水平原陷穴洼地湖、冰水沉積物填充洼地湖、冰水沉積坑穴湖、冰水堰塞湖、底磧洼地湖和熱喀斯特湖等；（4）海洋動力作用，形成的湖泊類型為海岸湖；（5）風(fēng)力作用，風(fēng)力作用下多形成連島沙洲、三角沙咀、沙丘堰塞湖、沙丘間湖和風(fēng)蝕洼地湖；（6）生物作用，主要形成植物堰塞湖、堡礁湖、珊瑚環(huán)礁湖和植物洼地湖等；三是人力，人力下的人工作用，包括人工堰塞湖和人工洼地湖；四是隕擊力，作用形式為隕石撞擊作用，可以形成隕擊坑湖和隕擊凹地湖。

根據(jù)戴維斯提出的三分類可以明顯看出各種地質(zhì)作用形成的種種湖泊地貌特征各不相同，即便是在同一動力地質(zhì)作用下，如果地貌單元不同也會形成動力地貌特征各異的湖泊盆地，因此把地貌特征作為劃分湖泊類型的第三類分類依據(jù)是十分必要的，而且三分法所劃分的湖泊成因類型也基本上反映了大陸上所分布的湖泊成因類型，因此比較適用。

2.2 湖泊的營養(yǎng)水平分類

2.2.1 國際分類情況

按照營養(yǎng)類型，湖泊可以分為：（1）貧養(yǎng)湖：初始的生產(chǎn)力低，藻類的容量小，水的透明度較高，營養(yǎng)元素濃度低，主要是指磷、氮元素；（2）富養(yǎng)湖：生產(chǎn)力高，葉綠素含量高，營養(yǎng)元素高，水的透明度低；（3）外養(yǎng)湖：營養(yǎng)物質(zhì)依靠外界的輸入，這種湖又被稱為褐水湖或康涅克湖，較為科學(xué)的稱呼稱為外養(yǎng)湖或多腐殖湖，這是由于它的腐殖質(zhì)含量高。

2.2.2 國內(nèi)分類情況

我國采用逐級分類的方式進(jìn)行湖泊的營養(yǎng)類型分類：（1）一級分類：根據(jù)所需營養(yǎng)物與湖泊生物生長之間的關(guān)系，把湖泊的營養(yǎng)類型分為非協(xié)調(diào)營養(yǎng)型和協(xié)調(diào)營養(yǎng)型，協(xié)調(diào)營養(yǎng)型是指湖泊生物生產(chǎn)能力隨湖水中的營養(yǎng)物質(zhì)濃度上升而增加；而非協(xié)調(diào)營養(yǎng)型即指生物生產(chǎn)能力隨著湖水中營養(yǎng)物質(zhì)濃度上升增加的不明顯或者是減少。（2）二級分類：在非協(xié)調(diào)營養(yǎng)型湖泊中，根據(jù)阻止水生生物生長的各種原因分為堿性營養(yǎng)型湖泊、酸性營養(yǎng)型湖泊和超營養(yǎng)型湖泊；在協(xié)調(diào)營養(yǎng)型湖泊中，根據(jù)湖水中生物的現(xiàn)存量和營養(yǎng)物質(zhì)（主要是N、P）含量，分為富營養(yǎng)、中營養(yǎng)、貧營養(yǎng)三種。（3）三級分類：不同營養(yǎng)類型的湖泊中，依據(jù)湖中初級生產(chǎn)者生物的不同種類，分為草型、藻型及藻草混合型。顧名思義，將湖水中大型水生植物的生物量和藻類進(jìn)行比較，藻型湖泊就是藻類占優(yōu)勢的湖泊，草型湖泊就是大型水生植物占優(yōu)勢的湖泊，藻草混合型湖泊就是二者大致相當(dāng)?shù)暮?，?為我國協(xié)調(diào)營養(yǎng)型湖泊中貧中富營養(yǎng)的分類標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 湖泊的熱分層分類

湖泊之所以會出現(xiàn)熱分層是因為水的密度在+4℃時最大，在一般情況下，較冷的水重，分布在水底，成為湖下層，暖而輕的水在湖面附近，叫湖上層，二者中間的叫做湖中層，但是在某種特殊的情況下這種情況會發(fā)生倒轉(zhuǎn)：正常情況下，夏季時湖水分層并且暖水層在冷水層之上，春秋季節(jié)湖水發(fā)生循環(huán)而呈等溫狀況，到冬季時便會出現(xiàn)逆分層，湖上層比湖下層冷。根據(jù)這種情況，湖泊在足夠深以能夠形成分層的條件下，可以分為以下幾種類型：（1）無循環(huán)湖：湖水從不循環(huán)，常年結(jié)冰，這種情況出現(xiàn)在南北兩極最多，陽光穿過冰層的輻射為湖水提供熱量，這類湖泊會出現(xiàn)特殊的逆分層現(xiàn)象。（2）冷單循環(huán)湖：這種湖泊只有在夏季才進(jìn)行循環(huán)，水溫在+4℃以下。這種湖泊出現(xiàn)在寒冷和高海拔地區(qū)。（3）雙循環(huán)湖：一般是每年春秋兩季循環(huán)，夏季出現(xiàn)正分層，冬季出現(xiàn)逆分層，這種湖泊是世界寒冷帶最常見的熱分層類型。（4）暖單循環(huán)湖：這種湖溫度在+4℃以上，每年進(jìn)行一次循環(huán)，主要分布在亞熱帶山區(qū)、溫帶。（5）多循環(huán)湖：分為冷多循環(huán)湖和熱多循環(huán)湖，湖水循環(huán)較為頻繁，冷多循環(huán)湖在+4℃左右的溫度下循環(huán)，熱多循環(huán)在比較高的溫度下循環(huán)。這種湖分布在季節(jié)溫差小、日夜溫差大的地區(qū)。（6）少循環(huán)湖：這種湖水在+4℃以上的情況下發(fā)生罕見的、不規(guī)則的循環(huán)，一般分布在熱帶地區(qū)。

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