长江流域的风化特征，前人已经通过对长江水化学、颗粒态元素组成、同位素及矿物学方法来研究(表3-2)，取得了广泛的共识，即长江上游地区化学风化较弱，而中下游地区化学风化较强。化学风化的强弱，对不同化学相态的Fe，尤其是Fe HR有着明显的控制作用。化学风化越强烈，母岩中容易迁移的元素(如Ca、Mg、Na、K 等)流失越多，相应的活动性较弱的Fe、Mn、Ti、Al等元素在沉积物便越富集。本书采用目前较为常用的化学蚀变指数(CIA)作为评价化学风化强弱的指标，来讨论化学风化与不同化学相态Fe组成的关系。
长江流域空间样品和南通季节性样品与CIA 的关系分析显示(图4-7)，流域样品中Fe HR和FeT与CIA 的相关性较好，这反映出流域空间样品对化学风化的响应更加敏感。而相比流域空间样品，南通干流季节性样品的Fe HR并没有表现出与CIA 的明显相关性，但不能简单说化学风化对季节性样品的影响不大。CIA 反映在较长时间尺度上沉积物经历的整个风化过程的最终表现，这个过程可能经过多个沉积旋回(Li和Yang，2010)。在较短时间尺度上，CIA 的变化很难真实反映化学风化的强弱。
由图4-6和图4-7可以看出，随着沉积物颗粒的变细和化学风化的加强，Fe HR都有增加的趋势。因此本书尝试用数学方法来消除平均粒径和风化两种因素之间的相互干扰，揭示粒度和化学风化对FeHR独立的作用。由于平均粒径(Mz)和CIA 都与Fe HR有较好的线性关系，我们认为Fe HR/CIA 比值可以基本消除风化对Fe HR的影响，而Fe HR/Mz消除平均粒径对Fe HR的影响。利用校正后的FeHR与CIA 和Mz重新作图发现，Mz依然与Fe HR/CIA 有明显的相关性，而CIA 与Fe HR/Mz比值的相关性不显著(图4-8)。沉积物中Fe HR含量随粒度变细而增大，一方面由于细颗粒黏土的吸附性强有关;另一方面，化学风化自生的含Fe矿物，如针铁矿、水铁矿、纤铁矿等(Fe HR的主要赋存矿物)多为无定型状，本身也容易富集在细颗粒中(Poulton和Raiswell，2005)。用CIA校正Fe HR含量后，与平均粒径高度相关，揭示出长江流域不同水系沉积物中Fe HR含量受粒度影响要大于受化学风化的影响。但如上所述，CIA作为沉积物累积风化历史的综合反映，虽然也受粒度约束，但它对沉积物粒度变化的敏感性没有Fe HR高。
图4-8 长江流域空间样品与平均粒径(Mz)与CIA的关系
河流沉积物的平均粒度不仅仅反映水动力强弱，其本身也是风化强弱的一种指示。在坡度较大、河流水动力较强的上游地区，携带悬浮颗粒泥沙总体偏粗;而在中下游地区或水库中，随河流坡降比下降，水动力变弱，粗颗粒泥沙沉降导致进入下游干流的悬浮颗粒物总体偏细(图4-2)。同样，随着风化的加剧，大部分铝硅酸盐矿物风化蚀变为黏土矿物，风化产物颗粒逐渐变细。应该说，CIA、FeHR和颗粒大小都是风化作用在沉积物颗粒上的表现，只是对风化响应的时间尺度有所不同，各参数又彼此关联和相互影响。Mz与Fe HR/CIA 之间相关性较高，而CIA 与Fe HR/Mz比值的相关性不显著，反映的正是CIA、Mz与Fe HR之间存在复杂的制约关系。总体来看，沉积物中Fe HR的含量受含Fe矿物来源与组成、化学风化强弱和颗粒大小等多因素控制，而沉积颗粒大小对Fe HR含量的影响较显著，值得今后研究深入关注。
图7-5南通沉积物中与赤铁矿和针铁矿相关各参数的季节性分布图7-6所示的相关性分析显示，对长江干、支流样品，FePR与χ和SIRM 存在较高的相关性，相关系数分别为0.75 和0.71，而S-100与FePR和SIRM 没有显示明显相关性。对南通悬浮物样品来说，S-100与FePR和SIRM 之间存在弱的负相关性。但反映磁铁矿与赤铁矿、针铁矿比例的S-100，并没有表现出随FePR、χ和SIRM 增大而增大的趋势，而且S-100与SIRM 还显示出负的相关性。图7-6长江悬浮物中与磁铁矿相关的参数之间相关性......
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2023-08-17
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