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澳大利亚墨累-达令河流域的前世今生

时间:2021-05-13 来源:中国水利报

伍伦贡大学研究人员的一项研究发现,澳大利亚墨累-达令河流域的泥沙在输移过程中通常会经历多个蓄积阶段,在墨累河和达令河下游河段的累积滞留时间超过了一百万年。泥沙从源头输移至沉积处所需的漫长时间以及沿途频繁的滞留,削弱了其能够揭示来源区气候和地质信息的能力。

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泥沙携带的环境信号被削弱

河流充当了泥沙输送带,既能保持土壤肥力,又能每年向全球海洋输送400多亿吨颗粒物质和溶解态泥沙。泥沙的主要来源是山区,山区的地壳构造运动、气候和地表过程(例如化学侵蚀和物理侵蚀)之间的持续相互作用会使岩石分解,转化为泥土和土壤。气候或构造力的变化导致泥沙通量发生改变,而地形在这些环境驱动力下发生的变化则通过矿物学、结构学或地球化学的永久性变化表现出来。

因此,每块泥沙都携带与其位于高地的泥沙产沙区相关的地质、地貌和气候信息,是这些信息塑造了地球的历史演变。但是,大规模河系十分复杂,其内部动态变化可能会削弱甚至扭曲泥沙携带的环境信号。

研究人员通过测量现今河流泥沙中宇宙成因放射性核素(暴露在宇宙射线下的地表岩石产生的稀有同位素)比率在下游发生的变化,来计算澳大利亚最大的河系墨累-达令流域的泥沙输移时间。研究结果表明,泥沙携带的环境信号不仅会失真,甚至可能被完全消除。一方面,泥沙的输移时间非常长;另一方面,泥沙输移可划分为多个较短的输移阶段。而在这漫长输移过程中的每一较短阶段,每块泥沙携带的“信息”(环境信号)都可能被改变或消除。

墨累-达令河流域属亚热带气候,整个流域的纬度梯度明显,气候存在明显变化。在北部,达令河子流域受到夏季季风降水的主导影响;而在南部,墨累河子流域则受到与南半球西风带相关的冬季降水的强烈影响。过去多项研究往往通过应用地球化学指纹图谱技术来区分达令河和墨累河流域的泥沙来源,从而将墨累-达令河流域的泥沙史料作为历史水文气候变化的反映。这些研究其实假定了泥沙迅速从源头输移至沉积处,且泥沙来源的任何变化都直接反映在输沙量或产沙率的变化上。

而伍伦贡大学这项新研究表明,由于较长的累积滞留时间以及多次掩埋和再暴露,墨累和达令河泥沙来源区的环境信号传输可能并不同步,导致无法根据这些泥沙来解读其来源区的地质气候信息。

在墨累-达令河流域观测到的长达一百万年的泥沙输移时间,以及泥沙的不断变化很可能是全球类似河系共有的特征。这意味着在非洲和澳洲等地壳构造不活跃的大陆上,泥沙沉积能够提供的信息较为有限。

墨累河曾是大片湖泊

数百万年来,墨累河从澳大利亚阿尔卑斯山脉流经内陆平原,蜿蜒穿过南澳州后汇入大海。但在历史上,其漫长旅程的最后一段与现在截然不同。

一项新的研究证实了科学界长期以来的一项假设,即6000年前,墨累河下游的水位非常高,以至于构成了南澳州一个巨大的湖泊。研究还通过对已有12000多年历史的淤泥和黏土层的深层钻探,发现了关于墨累-达令河流域洪水和干旱的宝贵记录。这项研究可揭示未来海平面上升对澳大利亚这一最重要流域的影响。此外,新获得的历史洪水和干旱记录有助于改进该流域水资源管理工作。

对于澳大利亚而言,探究不断上升的海平面和愈加频繁的洪水和干旱对河流和河口等环境的影响十分重要。一种研究方案是追溯性的,即回顾距今5000年至8000年前的全新世高海面时期(全新世是指约11700年前至今的地球历史,高海面即海平面处于最高位的时期)的环境状况。

如今的墨累河流向南澳州,穿过狭窄的河谷,随后河道逐步开阔,直至经亚历珊德拉湖汇入大海。但这一段旅程并非一直如此。18000年前,在末次冰期最盛期之后,融冰导致海平面上升,而上升前的海平面比当前海平面低120米左右。约6000年前,海平面达到峰值,高出当前海平面2米。

研究人员此前曾假设,在过去数千年里,墨累河口的高海平面发挥着水坝的作用,导致河水雍高,形成了一个叫作曼侬湖的咸水湖。

通过使用高分辨率的二维和三维建模技术来模拟水位和流量,研究证实了曼侬湖不仅存在且非常辽阔,从墨累河河口一直向上游延伸至斯旺里奇河段上游约200公里处。

在过去5000年里,随着海平面下降至现今水平,湖水慢慢消退,又转变为河流。如今墨累河下游实施了高强度的管理。河口附近设立了五个拦河坝(或屏障)以防止海水入侵,保障淡水供应并维持水位。大量河水被抽取用于灌溉和生活用水。有一种意见是应当拆除拦河坝,以恢复天然潮汐河口并允许海水影响湖泊水位。虽然在短期内不太可能会拆除这些拦河坝,但这项新研究揭示了拦河坝拆除之后,以及气候变化引发海平面继续上升,这些河湖将会如何变化。

在未来,通过了解墨累-达令河流域的历史洪水规模以及频率,将有助于水资源管理者更好地进行水资源分配。


责任编辑:叶星平