極端風浪影響下海島陸架區碳酸鹽沉積物的沉積動力學特征獲揭示
中國科學院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質重點實驗室（OMG）研究員李偉團隊趙中偉助理研究員，聯合英國曼徹斯特大學及葡萄牙海軍水文研究所等單位的科研人員，在極端風浪影響下海島陸架區碳酸鹽沉積物的沉積動力學特征研究上取得新進展。相關研究成果近日發表于國際沉積學家協會（IAS）期刊Sedimentology《沉積學》上。
沉積動力學閥值公式是研究沉積物在浪-潮-流等海洋動力作用下發生侵蝕、搬運和沉積過程的重要基礎。通常認為當流體動力在海底產生的剪應力強度高于沉積物的沉積閥值時，便會造成沉積物的侵蝕，反之則會使得沉積物沉積下來。傳統的沉積動力學公式是基于分選良好、形狀規則和密度均一的陸源碎屑巖，經過實驗室水槽實驗總結歸納而來的。然而，海島陸架區的沉積物則常以碳酸鹽含量極高、且形態和密度不規則的生物碎屑顆粒為主。這些傳統公式對于預測海島陸架沉積物在極端海洋動力作用下的沉積動力過程是否適用，一直以來都是海洋沉積學家想要弄清的關鍵科學問題。
研究人員以葡屬亞索爾群島內的圣瑪利亞海島（Santa Maria Island, Azores）為研究對象,利用采集于海島陸架區112個站位的表層碳酸鹽沉積物樣品，和該區域高分辨率風浪場特征，基于傳統公式數值模擬極端風浪在海底產生的剪應力強度與沉積物沉積閥值之間的對應關系。結果顯示，近乎整個海島陸架區都的沉積物都應該在極端風浪的作用下侵蝕向深海搬運。然而這與研究人員在海島陸架區獲得的地球物理、海底地貌和海洋沉積學三種觀測證據完全相悖。
該研究發現當將基于陸源碎屑巖經驗公式獲得的相對關系縮小2-3倍時，沉積動力數值模擬結果可以與野外實際觀測證據呈現出良好的耦合對應關系。研究人員認為這可能是由于海島陸架區崎嶇的基巖海底和生物地貌會對沉積物起到一定的遮蔽作用，且多生物種群融合造成碳酸鹽沉積物顆粒的實際沉積物閥值比預測的要高。該研究不僅解答了傳統沉積動力學公式對于海島陸架碳酸鹽沉積物的適用性問題，更有利于沉積學家更準確的恢復古海洋沉積環境特征。此外，該研究在海洋工程領域也有著較高的應用價值，有助于評估海島海床沉積物的穩定性、保障海底電纜和管道安全和維護海砂資源可持續開發。
本研究得到海南省科技計劃三亞崖州灣科技城聯合項目資助。
相關論文鏈接：https://doi.org/10.1111/sed.12963.
圖1. 圣瑪麗亞島陸架區海底表層碳酸鹽沉積物樣品示例圖
圖2. 海島陸架區水下攝影資料示例圖，沙波指示波浪動力對沉積物的擾動作用
圖3. 極端風浪影響下海島陸架區碳酸鹽沉積物沉積動力學特征數值模擬結果與野外觀測數據的耦合對應關系示意圖
