国际从源到汇的研究思路及发展及其环境示踪意义

2023-08-17 理论教育版权反馈

【摘要】：在全球范围内从源到汇的研究广泛开展的同时，亚洲大陆边缘的源到汇过程的研究越来越受到各国学者的重视。目前，NSF又成立了一个新的为期12年的研究计划“GeoPrism”，从2010 年10 月1 日起正式执行。同时，大会也认为，虽然S2S计划已经结束，但这种从源到汇的研究思路应该继续下去。经过20多年的发展，“从源到汇”研究思想已经在海陆相互作用，尤其是河口地区海洋沉积学研究中，得到广泛认可。

边缘海位于海洋和大陆之间，边缘海的地质过程对于了解海陆的相互作用、物质及能量的交换具有重要意义。目前，几个重大的国际地球科学合作组织或研究计划，如国际岩石圈计划(ILP)、大洋钻探(DSDP、ODP、IODP)、海岸带陆海相互作用(LOICZ)、海洋微量元素计划(Geo Traces)以及国际大陆边缘计划(NSF MARGINS Program)等都把边缘海各种地质过程作为重要的研究内容。

早在1988年，美国自然科学基金会(NSF)就开始酝酿MARGINS计划。一直到1998年，MARGINS指导委员会才开始组织实施详细计划。该计划旨在实质性地了解大陆边缘地貌、沉积和地层过程，并为未来大陆边缘沉积作用的研究提供了指导方向。

2001年7月，MARGINS指导委员会明确了“从源到汇”计划的核心目标主要解决3个方面的问题(李铁刚等，2003)：①扩散系统中沉积物和溶质生成速率的控制因素;②搬运作用如何控制沉积物搬运幅度、粒度大小和速率;③地层记录中的沉积物产生、搬运和堆积作用是如何改变的。

在全球范围内从源到汇的研究广泛开展的同时，亚洲大陆边缘的源到汇过程的研究越来越受到各国学者的重视。2002 年3 月，在与Inter Margins计划合作的基础上，日本提出了“亚洲三角洲：演变与近代变化”计划。2002年11月，IODP评估小组(iSSEP)经过讨论认为，大陆边缘“从源到汇”的沉积作用将是IODP 未来工作的一个重要研究方向，而如何选择典型的研究区域将是系统地研究从源到汇过程的关键。同时，此次会议明确提出将中国大陆边缘的沉积扩散系统列为未来研究的重要区域之一(李铁刚等，2003)。

2003年，美国自然科学基金会公布《洋陆边缘科学计划2004》，详细叙述了美国“洋陆边缘计划”(MARGINS Program)的研究方向、科学问题、研究方法和关键工作地点选择。计划书中明确提出了4个研究方向，分别是大陆岩石圈裂解(Rupturing Continental Lithosphere)、俯冲带工厂(物质转换)(Subduction Factory)、地震带实验(Seismogenic Zone Experiment)和源—汇系统(Source-to-Sink，简称为S2S)(高抒，2005)。其中第4个研究方向“源—汇系统”认为，地表侵蚀是塑造地貌和产生沉积物的根本原因。沉积物的堆积又导致堆积平原、海岸以及三角洲和大陆架的形成。沉积物和溶解离子从源到汇的搬运过程是元素在生态系统地球化学循环的重要环节(图1-2)。“从源到汇”研究方法的提出，主要目的在于解决以下3个问题：①构造运动、气候、海平面升降是如何控制沉积物及溶解离子源-汇过程中产生、搬运和堆积等环节的;②什么事件诱发了侵蚀和搬运过程，侵蚀和搬运产生后对这些事件的反馈又是什么;③沉积过程，沉积物通量及长尺度的板块运动和海平面升降在底层中的记录是如何反映全球气候变化历史的。

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图1-2　陆源物质从源到汇过程示意图(MARGINS,2003)

2005年，国际地圈生物圈组织(IGBP-II)在其“海岸带陆海相互作用计划(LOICZ-II)”中提出“流域盆地—海岸带相互作用研究”，强调从流域到陆架再到深海，系统地探索生物地球化学循环过程(杨守业，2006)。美国NSF提出的MARGINS计划中S2S项目经过12年的发展，已经于2010年结束。目前，NSF又成立了一个新的为期12年的研究计划“GeoPrism”，从2010 年10 月1 日起正式执行。该计划在MARGINS研究的基础上，力求通过多学科多机构的协作，调查大陆边缘的起源和演化过程。具体包括两个核心研究子计划，即板块形变过程及俯冲造成的物质循环(SCD)和大陆断裂过程(RIE)(GeoPRISMS，2010)。

2011年1 月24—27 日，由S2S 计划发起人和主要倡导者Charles Nittrouer建议，在美国加州Oxnard召开了“源-汇系统”总结会议，来自全球10多个国家的近150位代表参加了会议。与会者一致认为NSF-S2S研究取得了丰硕的成果，基本了解了沉积物从陆地到海洋的扩散规律，并通过理论和实际观测验证了这些规律。同时，大会也认为，虽然S2S计划已经结束，但这种从源到汇的研究思路应该继续下去。在今后工作中，将综合借鉴S2S研究成果，从多学科角度深化研究地表物质交换的基本问题(http：//www.agu.org/meetings/chapman/2011/acall/index.php)。

经过20多年的发展，“从源到汇”研究思想已经在海陆相互作用，尤其是河口地区海洋沉积学研究中，得到广泛认可。陆地和海洋过程之间复杂的相互作用关系是地球系统研究中一个长期性的主题。大陆边缘沉积层记录着全球海平面变化、气候变化、大洋环流、地球化学循环、有机生产力和沉积物补给等重要信息。

正如高抒(2005)所言，现代海洋地质科学的重点已经从区域特征的刻画转向“过程”和“方法”的研究。传统的“从源到汇”的研究过程中，我们往往比较重视“源”和“汇”两个相对独立的环节，但源-汇之间是一个动态平衡的过程，需要强调“过程”的研究，本书正是在这种背景下，从时间和空间的角度，以Fe为指标讨论长江沉积物搬运过程、沉积物再旋回以及人类活动对沉积物运移的影响等。最后，探索性地利用同位素方法尝试计算沉积物从源到汇的搬运时间，为长江沉积物从源到汇研究提出了新的挑战。

国际从源到汇的研究思路及发展及其环境示踪意义

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