地科院沉积过程与环境变化创新团队在高山湖泊沉积物环境磁学研究方面取得重要成果

华南师范大学地理科学学院沉积过程与生态环境变化创新团队涵盖沉积年代学、湖沼沉积、风沙沉积、岩溶沉积、边缘海沉积、水文过程和全球变化等七个研究方向。近期，该创新团队欧阳婷萍研究员课题组在中科院二区期刊Anthropocene和Journal of Environmental Management上发表有关青藏高原东南部典型高山湖泊沉积物环境磁学研究的重要成果，指出经济、快速、无损的环境磁学方法可以有效指示偏远高山湖泊地区由于大气沉降造成的环境污染，但在此过程中也要考虑流域自然过程对磁学指标有效性的影响。论文第一作者为2024级自然地理学硕士研究生李宇涵，通讯作者为张永东副研究员。

研究成果1

本研究以青藏高原东南部典型高山湖泊吉仁湖为研究对象，测量了吉仁湖沉积物岩芯的磁性特征，构建了环境磁学代用指标在不同年代沉积物中的变化，以此重建吉仁湖流域过去约200年的环境变化，并探讨大气沉降何时以及在多大程度上影响了湖盆环境。研究结果表明，沉积物中的磁性矿物主要为磁铁矿。在约1933年之前，沉积物中磁性含量相关的指标(χlf，χARM和SIRM)数值较低，且碎屑赤铁矿相对富集，反映湖泊磁性矿物以流域本地输入为主，表明当时环境受大气沉降影响微弱，整体为原始环境。较低的χARM/χlf和χARM/SIRM比值指示磁性颗粒粒径偏粗，其来源大概率为流域基岩风化。约1947年以后，χARM/χlf和χARM/SIRM值增加，表明磁性颗粒尺寸变细，这一变化，以及SIRM和S-300的显著增加，表明磁性颗粒的来源发生了重要变化，出现了人为输入的特征，可能的原因是人类活动产生的磁性矿物通过大气沉降进入湖盆，再经地表径流汇入湖泊。该时间节点与中国西南地区大规模工业开发（如采矿活动）的起始时间相吻合，体现出两者之间的因果关系。本研究表明，快速、无损和经济的磁学指标可以指示人类活动对高山湖泊地区的环境污染。研究成果以“Sediment magnetism records of anthropogenic impact on a typical alpine lake in southeastern Tibetan Plateau.”为题发表在期刊Anthropocene上(Anthropocene 51, 100487, 2025)。

图1 环境磁学指标在吉仁湖不同时期沉积物中的变化

研究成果2

高山湖泊沉积物的磁性特征可用于指示人类活动造成的环境污染，然而，流域自然过程是否会影响磁学指标在指示人类活动时的有效性仍缺乏研究。本研究通过对青藏高原东南边缘2个高山湖泊(错恰湖：流域面积小、流域侵蚀程度低；沃迪错：流域面积大、流域侵蚀强烈)沉积物柱中磁性物质的系统分析，阐明了流域自然过程如何以及在多大程度上影响沉积物中的磁性记录。研究结果表明，2个湖泊沉积物中的磁性矿物均以碎屑磁铁矿为主。在约1950年之后，错恰湖沉积物中的磁性含量参数(χlf，χARM和SIRM)以及粒径参数(χARM/χlf和χARM/SIRM)均较此前显著上升，表明这一时期沉积物中磁性矿物更为富集、磁性颗粒更细，这些变化可能是由人为源磁性物质通过大气沉降输入所致。然而沃迪错沉积物的磁性浓度参数与粒径参数变化均不明显，表明其受人为活动磁性物质输入的影响较小。这可能与沃迪错流域剥蚀强烈，自然来源磁性物质输入强度高，从而掩盖了大气沉降输入的磁性物质信号有关。大约1980年之后，错恰湖沉积物中粒径参数χARM/χlf和χARM/SIRM均大幅升高，反映磁性颗粒粒径大幅变小，这可能与该时期气候变暖导致流域陆生植被扩张从而阻碍粗颗粒磁性物质输入湖泊有关。而沃迪错沉积物中χARM/χlf和χARM/SIRM显著降低，反映磁性颗粒粒径增大，这可能与这一时期气候变暖加剧地表径流从而驱动较粗磁性颗粒进入湖泊有关。该项研究结果表明流域自然过程对高山湖泊沉积物磁性记录具有重要影响，因此，在利用沉积物磁学代用指标反演人类活动造成的环境污染时需要考虑该效应的潜在影响。研究成果以“Divergent sediment magnetic records between alpine lakes during Anthropocene and implications for using magnetic proxies indicating anthropogenic impacts.”为题发表在期刊Journal of Environmental Management上(Journal of Environmental Management 405, 129685, 2026)。

图2 环境磁学指标在错洽湖和沃迪错不同时期沉积物中的分布特征

撰稿：张永东

编辑：黄希雯