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海岸带陆海相互作用是国际地圈生物圈计划(IGBP)的核心研究内容之一。河口是陆海相互作用最为活跃、对流域自然变化和人类活动响应最为敏感的区域。近几十年,由于流域人类开发活动的加剧,河流入海水沙及其物质组成发生重要变异,严重影响了长江河口三角洲的环境演变。现代沉积环境的重要研究手段之一是运用放射性核素进行示踪,目前最常用的放射性同位素是137Cs与210pb。然而,由于137Cs的半衰期为30.2年,随着时间的推移,环境中137Cs的总量不断衰变减少,137Cs作为示踪元素的灵敏度将受到影响。Pu同位素与137Cs具有相同的来源,但半衰期长,且具有更高的测试灵敏度,因此,研究Pu同位素在长江口地区的分布特征及其与137Cs地球化学行为的异同,探讨两种核素在记录沉积过程信息方面的可比性,有助于了解长江口沉积动力过程以及更准确地了解近几十年来长江口区域环境对人类活动和自然变化的响应。
2006年4月,在长江水下三角洲区域采集柱状样,对柱状样沉积物进行了粒度分析,测试了沉积物中放射性同位素137Cs、239+240Pu与210Pb的放射性活度,并进行了沉积速率的估算。文章着重探讨了沉积物中239+240Pu核素的活度分布、总量及来源,对239+240Pu与137Cs核素的活度剖面进行了对比分析,并对239+240Pu与137Cs活度的颗粒吸附能力进行对比分析。此外,依据239+240Pu与137Cs的活度剖面进行沉积物定年与沉积速率估算,并将之与210pb测年结果对比,在此基础上,结合前人研究成果,探讨长江水下三角洲地区的沉积过程及环境演变特征。
柱状样沉积物中239+240Pu核素剖面与137Cs剖面存在一致的1963年最大蓄积峰和1958年次蓄积峰,两者呈较强的线性相关性(R2=0.765),可以揭示相同的沉积过程信息,因此,可以依据239+240Pu核素剖面进行沉积物年代的标定。此外由于暂停核试验前后137Cs/239+240Pu同位素比值存在差异,137Cs/239+240Pu同位素比值也可以辅助沉积物定年。剖面中Pu同位素的总量远远高出全球大气直接沉降均值,流域输入是该区域Pu同位素的主要来源之一,137Cs/239+240Pu同位素比值比全球均值低,说明Pu存在区域沉降来源,分别运用箱式模型与端源混合模型估算得出来自PPG区域沉降来源的贡献为40%左右。
柱状样沉积物中239+240Pu与137Cs活度与粘土含量的相关性表明,137Cs的颗粒吸附能力较239+240Pu弱,而239+240Pu与。137Cs活度分布剖面较一致,仍可以揭示相同的沉积年代信息,这是因为该区域沉积速率高,沉积作用占主导,混合与扩散等其他作用相对较弱,较强的沉积作用控制了整个核素剖面的分布。根据239+240Pu活度剖面标定沉积物年代,运用时标定年法进行沉积速率估算得出,1963~表层(假设为2006年)的沉积速率为1.65cm/a,1948~1963年沉积速率约4.4cm/a,沉积速率呈现阶段性差异,且在210pb活度剖面出现类似情况,经分析发现,沉积速率在1970年代末发生变化,1970年代以前沉积速率约3~4cm/a,1970年代末沉积速率开始降低,约为1.4cm/a,柱状样表层可能遭受侵蚀。对比前人根据地形资料分析得出的结论,两者从不同角度相互映证了水下三角洲的沉积过程对人类活动和自然变化的响应。