【中國(guó)科學(xué)報(bào)】海島陸架區(qū)碳酸鹽沉積物沉積動(dòng)力學(xué)特征獲揭示
中國(guó)科學(xué)院南海海洋研究所邊緣海與大洋地質(zhì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（OMG）研究員李偉團(tuán)隊(duì)成員趙中偉助理研究員，聯(lián)合英國(guó)曼徹斯特大學(xué)及葡萄牙海軍水文研究所等機(jī)構(gòu)科研人員，在極端風(fēng)浪影響下海島陸架區(qū)碳酸鹽沉積物的沉積動(dòng)力學(xué)特征研究上取得新進(jìn)展。相關(guān)研究近日發(fā)表于《沉積學(xué)》。
沉積動(dòng)力學(xué)閥值公式是研究沉積物在浪—潮—流等海洋動(dòng)力作用下發(fā)生侵蝕、搬運(yùn)和沉積過(guò)程的重要基礎(chǔ)。通常認(rèn)為當(dāng)流體動(dòng)力在海底產(chǎn)生的剪應(yīng)力強(qiáng)度高于沉積物的沉積閥值時(shí)，便會(huì)造成沉積物的侵蝕，反之則會(huì)使得沉積物沉積下來(lái)。傳統(tǒng)的沉積動(dòng)力學(xué)公式是基于分選良好、形狀規(guī)則和密度均一的陸源碎屑巖，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室水槽實(shí)驗(yàn)總結(jié)歸納而來(lái)的。
然而，海島陸架區(qū)的沉積物則常以碳酸鹽含量極高、且形態(tài)和密度不規(guī)則的生物碎屑顆粒為主。這些傳統(tǒng)公式對(duì)于預(yù)測(cè)海島陸架沉積物在極端海洋動(dòng)力作用下的沉積動(dòng)力過(guò)程是否適用，一直以來(lái)都是海洋沉積學(xué)家想要厘清的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題。
研究人員以葡屬亞索爾群島內(nèi)的圣瑪利亞海島為研究對(duì)象，利用采集于海島陸架區(qū)112個(gè)站位的表層碳酸鹽沉積物樣品以及該區(qū)域高分辨率風(fēng)浪場(chǎng)特征，基于傳統(tǒng)公式數(shù)值模擬極端風(fēng)浪在海底產(chǎn)生的剪應(yīng)力強(qiáng)度與沉積物沉積閥值之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。結(jié)果顯示，近乎整個(gè)海島陸架區(qū)的沉積物都應(yīng)該在極端風(fēng)浪的作用下侵蝕向深海搬運(yùn)。然而這與研究人員在海島陸架區(qū)獲得的地球物理、海底地貌和海洋沉積學(xué)三種觀測(cè)證據(jù)完全相悖。
該研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)將基于陸源碎屑巖經(jīng)驗(yàn)公式獲得的相對(duì)關(guān)系縮小2~3倍時(shí)，沉積動(dòng)力數(shù)值模擬結(jié)果可以與野外實(shí)際觀測(cè)證據(jù)呈現(xiàn)出良好的耦合對(duì)應(yīng)關(guān)系。研究人員認(rèn)為這可能是由于海島陸架區(qū)崎嶇的基巖海底和生物地貌會(huì)對(duì)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(shí)際沉積物閥值比預(yù)測(cè)的要高。
該研究不僅解答了傳統(tǒng)沉積動(dòng)力學(xué)公式對(duì)于海島陸架碳酸鹽沉積物的適用性問(wèn)題，更有利于沉積學(xué)家更準(zhǔn)確地恢復(fù)古海洋沉積環(huán)境特征。在海洋工程領(lǐng)域，該研究也有著較高的應(yīng)用價(jià)值，有助于評(píng)估海島海床沉積物的穩(wěn)定性、保障海底電纜和管道安全、維護(hù)海砂資源可持續(xù)開(kāi)發(fā)。
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1111/sed.12963
