湖底泥巴的大秘密

作者：李珊英（中國科學院南京地理與湖泊研究所）

湖底的泥巴總是以一副近乎「醜陋」的形態靜謐地沉積在湖底，有的甚至還散發著一絲惡臭，從而讓人不自覺地對其敬而遠之，可是，有一群人卻視之若寶，那麼，湖底的泥巴究竟蘊藏著怎樣的秘密？

風塵僕僕尋「泥」人

於普通老百姓而言，湖底的泥巴或許是最不起眼的存在，它們不像湖水那般既有利用價值，又可以營造出碧波蕩漾、煙水浩淼的美景；也不像田野里的泥土可以孕育出不同的芬芳和美味。

然而，在我國大大小小的湖畔周邊生活著的居民，時常會看到這樣一群視湖底泥巴如珍寶的科研工作者——他們經常在湖上不吃不喝漂一天，儼然一副嚴肅科研的架勢，然而待其風塵僕僕、滿身狼狽的歸來之時，卻只帶回一管小小的泥巴；有的甚至在深山裡背著沉重的設備艱苦跋涉幾天，只為去山頂的某個不知名的小湖裡，采一管不起眼的泥巴。

老百姓對如此「科研」有太多的不解和疑惑，舟車勞頓，大費周章只為湖底的一管泥巴，哼，搞事情。更讓人不解的是這群科研工作者對這些泥巴的「寵溺」和「呵護」，頓時為這些不起眼的泥巴披上了一層神秘的外衣，彷彿這小小的泥巴里蘊藏著無盡的智慧。

的確，在科研工作者眼裡，他們可以通過小小的泥巴去窺探大大的世界，這些小小的泥巴可以幫助科學家撕開過去千年甚至是幾百萬年前神秘的面紗，解讀缺失器測資料的曾經，我們生存的地球家園經歷的那些環境演變。

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那麼這些泥巴究竟蘊藏著哪些秘密呢？

「泥巴」的秘密

這些不起眼的泥巴，專業俗稱湖泊沉積物。

在陸相沉積體系中，湖泊儘管在形態、大小、成因和發育階段上有著很大差異，但是它們的沉積作用都是在天然封閉或半封閉的貯水盆地中發生的，且受到的擾動較小，因此，完整的湖泊沉積物剖面往往可以真實地記錄過去百年、千年甚至幾百萬年前的環境演變。而組成湖泊底泥的成分和元素的提取又為這些記錄的科學解讀提供了可能性。

湖泊沉積物古環境意義的解碼

一般而言，全球變化的科研工作者主要利用湖泊沉積物中的物理指標、化學指標及生物指標來重建過去環境演變的序列。

使用最為廣泛並對古環境重建意義較大的物理指標主要有湖泊階地、粒度、環境磁學、色度等參數。

湖泊及其流域的環境過程包括氣候、水文、生物等變化過程，直接決定了湖泊沉積物中地球化學性質，如沉積物中有機質含量、元素組成、同位素組成及有機化學物質等。湖泊沉積物化學指標正是通過沉積物中有機質含量的變化、不同介質（有機質、生物殼體、自生礦物及單體有機質等）的同位素變化、元素組成及相關指數的變化、各種有機化合物含量和組成的變化等，揭示湖泊環境變化過程及其與區域氣候變化的關係。

與地球上存在其他的環境載體較為不同的是，湖泊環境還是諸多水生生物生存及埋葬的家園，因此湖泊沉積物中還蘊含著豐富的生物指標，這些生物化石又分為外源和內源兩類指標，前者有孢粉、陸生植物殘體、碳屑、植硅體等，可以指示流域生態景觀；後者包括湖泊硅藻、介形類、搖蚊、枝角類、水生植物、魚類骨骼殘體等化石，通過沉積底層中化石分析和種類組合的垂向分布，反映湖泊過去生態系統變化。

「泥巴」與古氣候

那麼這些所謂的「環境參數」又是如何反映古氣候變化的呢？

以粒度為例，粒度指的是顆粒的大小，湖泊沉積物中粒度的粗細可以反映湖泊流域的區域降水狀況。

一般而言，區域降水增多，一方面增強了流域的侵蝕強度，另一方面也增大了流域的徑流量，這樣有利於粗顆粒物質搬運入湖，因此，湖泊中粗顆粒物質的增多，往往反映區域降水的增多，反之，粗顆粒物質的減少，反映區域降水的減少。

再比如硅藻，這是廣泛分布於各類湖泊水體中的自養生物，且其化石遺體可以較好地保存當時的環境信號。

湖泊硅藻的分布具有明顯的季節性，能快速響應水溫的變化，許多環境和生物因子（如水體分層、湖水結冰厚度和消融過程、光透度、藻類生產力等）均與溫度有關。因此，根據硅藻化石種群的組合，可以提取古溫度信號。

不同硅藻種類圖

同樣，其他的指標也以其獨特的智慧記錄了過去環境的變化。

「泥巴」暗語重放光彩

幸運的是，它們的「暗語」並沒有永遠的迷失在黑暗的湖底，在經過一代代科研工作者不懈努力之後，這些參數得到了科學的解讀，再次重放光彩。

如今，我國的古環境演化科研工作者已經先後在不同地貌階梯上實施了湖泊鑽探採樣：如青藏高原東北緣若爾蓋古湖、高原中部錯鄂湖、西南季風區雲南鶴慶古湖、內陸乾旱區羅布泊、青海湖，東亞季風區鏡泊湖、興凱湖等，由此獲得了百萬年以來長時間尺度湖泊環境演化和古氣候變化的信息，揭示了青藏高原隆升的環境效應，以及不同地貌階梯響應的差異。

同時，以古季風理論為指導，科研工作者們開展了以晚第四紀為主的環境演變研究，為古環境演變研究的發展添磚加瓦。

鏡泊湖沉積岩芯孢粉及理化指標指示圖

心心念念必有回應，不科學地講，或許是泥巴的執念感動了上蒼，讓它們深藏於心的秘密為世人所知；然而，細細想來，我們的地球母親是如此的智慧，她總是以其獨有的方式記錄著過去的種種，也許我們缺少的並不是真相，而是缺少發現真相的智慧和頭腦。

自然、科學其實並沒有那麼神秘和高深莫測，也並非只存在於科學實驗室中，它就在我們身邊，在小小的泥巴里，在我們每分每秒呼吸的空氣里……

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