浅水湖的底泥挖上来,有时是褐灰色带砂的软泥,有时是墨黑发臭的胶状物,有时夹着几层白色粉末。这些差别记录的是湖水营养状况与底部缺氧程度,可以从颜色、气味、颗粒三项读出。
颜色先分级:褐、灰、黑对应三种保存条件
氧化条件下的湖底沉积呈黄褐或红褐色,铁以三价形式存在,有机质被分解得差不多,剩下砂与黏土。这种底泥颜色均匀,挖开后断面看不出纹层,干燥后收缩也不明显,有机质含量通常不到百分之二。
缺氧条件下有机质得以保存,沉积转为深灰到墨黑,铁被还原成二价,常带硫化氢气味。黑色越纯、越均匀,说明底水缺氧持续得越久,这是判断富营养化沉积的第一眼依据,但只能算第一眼。
手捏滑腻、干燥后变轻,是腐泥的标志
腐泥含水率可达 60%–90%,手捏滑腻,指缝间挤出的是胶状物而不是砂粒。晒干后体积缩小三成以上,变成轻而脆的薄片,断面呈贝壳状,1 厘米厚的湿泥干后常常只剩几毫米。
与之相对,含砂多的湖相泥干燥后仍是硬块,敲开有砂感。用手感和干缩行为区分腐泥与普通泥,比看颜色更少受风化影响,因为表层 3–5 厘米氧化会把黑色改成褐色。
白色夹层多半是硅藻壳或自生碳酸盐
硅藻死后留下的壳在湖底堆积,形成灰白色、质轻、易碎的硅藻土层,肉眼可见细粉状结构。硅藻土不溶于稀盐酸,这是与碳酸盐夹层最简便的区分办法,野外一瓶酸就够。硅藻土质轻多孔,捏碎后是细粉,撒在水面会浮一会儿才沉。
自生碳酸盐则是水生植物光合作用抬高 pH 后沉淀的文石或方解石泥,颜色乳白,滴稀盐酸起泡。它常出现在浅水植物带附近,呈 1–20 厘米厚的薄层,横向延伸可达 300 米。
黑色不等于污染,缺氧就能把有机质留下来
深水湖的底水常年分层,即使外部营养输入不高,底部也能形成黑色腐泥。相反,一个营养盐很高但风浪大、水体常混合的湖,底泥可能是褐色的,黑色并不跟着营养盐走。
本文判断:颜色只能说明保存条件,不能单独说明输入量。要判断营养水平,得把有机质含量、硅藻组合与碳酸盐层数放在一起看,三项同向才算证据,单项只能算线索。
关键数据
下列为常见区间,采样深度与位置会带来偏差,含水率随埋深迅速下降,1 米以下常降到一半。
- 腐泥含水率 60%–90%
- 富有机质湖泥的有机质含量常达 5%–20%
- 硅藻土层厚常见 1–30 厘米
- 自生碳酸盐薄层厚 1–20 厘米
- 湖相沉积速率常见 1–5 毫米/年
- 缺氧底水常见于水下 15 米以深
沉积特征会被后期氧化与再悬浮改写
水位下降后,黑色腐泥暴露在空气中,几周内表层几厘米就被氧化成褐色,原来的颜色界线消失。看暴露面判断营养状况,会把缺氧湖认成氧化湖,结论正好相反,除非刮掉表层看新鲜断面。
浅水湖的风浪会把细粒腐泥再悬浮,搬到浅滩与砂混合,形成颜色斑驳的底质。取样时若只抓表层一厘米,抓到的可能是再沉积的混合物,不是原地沉积,粒度也会偏粗,颜色比原地浅一档。
参考文献
- 王苏民, 窦鸿身.《中国湖泊志》. 科学出版社, 1998. —— 湖底沉积类型。
- 沈吉, 薛滨, 吴敬禄 等.《湖泊沉积与环境演化》. 科学出版社, 2010. —— 有机质与自生矿物。
- Wetzel, R. G. Limnology: Lake and River Ecosystems, 3rd ed. Academic Press, 2001. —— 湖泊沉积与缺氧。