湖泊沉積物中色度的指示意義

高影維

摘 要：色度是湖泊沉積物環(huán)境代用指標(biāo)中最直觀的特征之一，目前為止主要運(yùn)用于百年、千年等時間尺度的湖泊沉積物研究方面。文章在收集整理國內(nèi)外研究學(xué)者關(guān)于湖泊沉積物色度指標(biāo)的研究成果的基礎(chǔ)上，探討色度與其他環(huán)境指標(biāo)的關(guān)系以及其指示的環(huán)境意義。

關(guān)鍵詞：湖泊沉積物；色度；指示意義

中圖分類號：P736.21 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）02-0084-02

Abstract： Chromaticity is one of the most striking characteristics of environmental proxy indicators for lake sediment. So far， it has been mainly used in lake sediment research in time scales such as centuries and millennia. On the basis of collecting and sorting out the research results of lake sediment chromaticity index by domestic and foreign scholars， the relationship between chromaticity and other environmental indicators and the environmental significance of its indication are discussed in this paper.

Keywords： lake sediments； chromaticity； indicative meaning

湖泊沉積物研究自興起以來一直受到研究者們的廣泛關(guān)注。在中國的湖泊環(huán)境演化研究中，作為環(huán)境指標(biāo)的沉積物粒度、藻類、碳氮同位素、碳酸鹽、孢粉、碳屑、介形等方面已經(jīng)被眾多學(xué)者進(jìn)行研究，并且獲得了許多出色的成果[1-2]。近年來，很多學(xué)者在進(jìn)行湖泊環(huán)境的研究中會增加色度作為環(huán)境指標(biāo)，沉積物顏色是最直觀的特征之一，能夠在一定程度上體現(xiàn)了當(dāng)時的古環(huán)境條件以及所處環(huán)境下的氧化-還原程度[3]。然而，憑借肉眼觀看而判定顏色的方法往往會帶著個人的主觀性，導(dǎo)致誤差較大，因此為了解決顏色空間的感知一致性問題，1976年，CIE的專家們制定了CIE1976L*a*b*顏色空間的規(guī)范，稱為CIE1976L*a*b*表色系統(tǒng)，即門賽爾表色系統(tǒng)[4]。在表色系統(tǒng)中，L*值代表照明度，從明亮（即L*=100）到黑暗（即L*=0）之間變化；a*為紅-綠彩度，表示顏色從綠色（-a*）到紅色（+ a*）之間變化；b*為黃-藍(lán)彩度，表示顏色從黃色（+b*）到藍(lán)色（- b*）之間變化[4]。目前為止，色度在土壤沉積[5-6]、湖泊研究[7-8]和海洋沉積物等方面均有所成果，不過相對于土壤沉積而言，湖泊沉積物在色度研究這方面的研究相對較少。本文將對國內(nèi)外的湖泊沉積物色度研究進(jìn)行綜述，并在此基礎(chǔ)上對色度與其他環(huán)境指標(biāo)的相關(guān)性及色度指代的環(huán)境意義進(jìn)行探討。

1 色度實(shí)驗方法

色度測定主要使用日本Minolta（美能達(dá)）公司生產(chǎn)的SPAD-503 土色計。實(shí)驗的具體步驟為：（1）將剖開巖芯的沉積物樣品進(jìn)行研磨（保持樣品顆粒在固結(jié)成團(tuán)前的原始大?。?；（2）取碾磨均勻（用孔徑為0.15mm過篩）后的樣品置于50攝氏度的恒溫干燥箱烘干；（3）進(jìn)行儀器黑白校正；（4）在室溫下取2～3g研磨后的樣品放于標(biāo)準(zhǔn)白色參照色板上，壓實(shí)壓平成片狀，在恒定背景光源環(huán)境下隨機(jī)取三個區(qū)域用土色計進(jìn)行測量，最后平均求得樣品顏色的各個參數(shù)值。

2 色度與其他環(huán)境指標(biāo)的關(guān)系

一般而言，湖泊沉積物的顏色變化由各種沉積物組分（包括有機(jī)物，碳酸鹽，粘土和氧化鐵礦物）的相對濃度決定，特別是其中的致色礦物，因此，研究沉積物色度時需要研究其與環(huán)境指標(biāo)的關(guān)系。

吳艷宏、李世杰[3]利用門賽爾表色系統(tǒng)，通過可可西里茍仁錯研究區(qū)的沉積物色度和地球化學(xué)指標(biāo)的相關(guān)性對比分析，認(rèn)為b*值與三價鐵有著正相關(guān)關(guān)系，而L*值與碳酸鹽含量有正相關(guān)關(guān)系，L*高值反映了碳酸鹽含量較高；a*值與Mg含量有著正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)a*值較高時，湖泊沉積物中MgO含量和Mg/Ca含量也相對較高。

章云霞、葉瑋等[4]在結(jié)合粒度、TOC等環(huán)境指代指標(biāo)的基礎(chǔ)上分析浙江北湖橋孔色度記錄后，得出b*值與TOC含量有負(fù)相關(guān)關(guān)系田慶春、楊太保等[7]在對可可西里進(jìn)行色度巖芯分析研究后認(rèn)為，a*值和b*值與磁化率、碳酸鹽含量以及TOC含量之間存在正相關(guān)關(guān)系；影響L*的數(shù)值變化主要是由TOC含量所引起的，間接的，受到了當(dāng)時沉積環(huán)境的影響。另外，在干樣和濕樣的測試中，色度呈現(xiàn)相同的變化趨勢，數(shù)值卻相差較大，其中，a*、b*數(shù)值差別較小，但L*值變化會比較大一些，并且a*、b*、L*值會跟隨著巖芯明暗程度體現(xiàn)出很好的變化，這可以反映出巖芯的顏色可在一定程度上代表當(dāng)時的成巖環(huán)境。

吳健、沈吉[8]通過對黑龍江東部邊緣興凱湖巖心的磁化率與色度研究表明a*值大小主要受控于磁鐵礦和針鐵礦含量。

徐麗、苗運(yùn)法[9]等通過對青藏地區(qū)西寧盆地沉積物的色度記錄研究發(fā)現(xiàn)，L*值的變化主要是受到CaCO3的影響，a*、b*值的變化與TOC質(zhì)量分?jǐn)?shù)的變化有負(fù)相關(guān)關(guān)系，并且這種變化是受到氧化作用的增減影響的。

宋春暉、白晉鋒[10]等通過對臨夏盆地湖相沉積物色度與元素進(jìn)行相關(guān)分析后發(fā)現(xiàn)，a*、b*值與Fe具有非常明顯的正相關(guān)關(guān)系，而與Ca呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，L*值與Ca則為正相關(guān)關(guān)系。

3 色度指示的環(huán)境意義

湖泊沉積物色度會受到沉積物成分中致色物質(zhì)的影響而有所不同，在相關(guān)性研究中會表現(xiàn)出正相關(guān)或負(fù)相關(guān)關(guān)系，致色物質(zhì)的種類以及質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本上或多或少會表現(xiàn)氣候的變化，因此，湖泊沉積物色度可以在一定程度上表明不同的環(huán)境意義。

不同學(xué)者在不同地區(qū)的研究成果均可證明L*值可用于指示氣候干濕。L*值與碳酸鹽成正相關(guān)關(guān)系，與總有機(jī)碳（TOC）含量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，當(dāng)氣候干旱時，湖泊水位會下降，介質(zhì)濃度增大，導(dǎo)致湖泊的CaCO3沉積而增加，反之當(dāng)氣候濕潤時，湖泊水位上升，導(dǎo)致沉積的CaCO3含量相對下降[3-4]；當(dāng)氣候干旱時，有機(jī)質(zhì)累積會相對較差，TOC含量減少，沉積物顏色相對較亮[7]，因此L*高值可表示氣候較為干旱，L*低值則指示氣候較為濕潤。

a*值與溫度變化息息相關(guān)，a*值越大，則氣溫越高，反之氣溫越低。由于在高溫環(huán)境下，Mg含量比較容易沉積下來，而吳艷宏、李世杰[3]通過可可西里茍仁錯研究區(qū)的沉積物色度發(fā)現(xiàn)，a*值與Mg含量有著正相關(guān)關(guān)系，當(dāng)a*值較高時，湖泊沉積物中MgO含量和Mg/Ca含量也相對較高，反映當(dāng)時氣候溫暖。

另外，a*、 b*值與TOC含量有負(fù)相關(guān)關(guān)系，與三價鐵的含量正相關(guān)，TOC在湖泊沉積物中反映了湖泊的初級生產(chǎn)力，當(dāng)湖面降低時，氧化作用增強(qiáng)，TOC的保存累積會受到影響而導(dǎo)致TOC含量降低，而強(qiáng)氧化作用有利于三價鐵的形成，從而Fe含量增加。因此，當(dāng)湖面高時，湖泊氧化作用比較弱，a、b值減小，反之，當(dāng)湖面低時，湖泊氧化作用比較強(qiáng)， a*、b*值增大[8]。

但是，有學(xué)者通過研究發(fā)現(xiàn)，a*、b*高值可能指示了較高湖面、氣候濕潤，反之代表較低湖面、氣候干旱[10]。田慶春、楊太保等[7]在對可可西里進(jìn)行色度巖芯分析研究后認(rèn)為，研究區(qū)位處青藏高原，氣候比較寒冷，鉆孔位于深水環(huán)境，在冰期期間可能只存在還原環(huán)境，導(dǎo)致針鐵礦含量較高，促使a*、b*數(shù)值較高，也就是說，可可西里鉆孔的高a*b*值主要是在高水位的沉積環(huán)境中形成的。

因此，沉積物色度指標(biāo)能夠直接或間接地反映其區(qū)域的古環(huán)境變化，但在不同區(qū)域，其參數(shù)值所指代的環(huán)境也會有所不同，甚至?xí)厝幌喾?，因此利用色度作為湖泊沉積物環(huán)境代用指標(biāo)時，需要結(jié)合其他指標(biāo)共同解釋。

4 結(jié)論

綜合多位學(xué)者的研究，色度指標(biāo)是湖泊沉積物中最直觀的特征，具有方便快速的特點(diǎn)，目前主要運(yùn)用于千年時間尺度的研究上，但是在不同的環(huán)境不同類型的湖泊沉積物中，色度三個參數(shù)值所代表的意義也會有所不同，例如，L*高值指示氣候干旱，低值指示氣候濕潤；a*值增加指示氣溫升高，氣候變暖，但在另外的環(huán)境則是降水增加的指示；一般而言，a*、b*值同時增加可以指示湖面的降低，可能當(dāng)時湖區(qū)降水減少，a*、b*值同時下降指示湖面的升高，湖盆降水增加，但是在其他的研究區(qū)，其結(jié)論截然相反。

因此，在對研究區(qū)進(jìn)行沉積物色度研究時，有必要結(jié)合當(dāng)?shù)貤l件以及其他環(huán)境代用指標(biāo)，才能更有效地利用色度指示當(dāng)時的環(huán)境變化，更好的進(jìn)行古氣候重建。

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