海岸湿地台风沉积层序和沉积构造形成的环境动力学机制及保存潜力

近年来台风发生频率和强度都出现了异常变化，这种变化到底是由于周期性变化还是全球气候变化的结果，目前还存在很大争议。古风暴学主要是通过提取地层中的沉积记录信息可以反演历史上台风发生的强度和频率的变化，但其所依赖的沉积记录往往具有多解性，需要对这些沉积记录的形成机制和保存潜力进行深入研究。本项研究通过对福建港湾海岸湿地的现场观测资料，分析海岸湿地台风沉积层序和沉积构造形成的环境动力学机制及其后期的水动力改造和生物扰动，了解最终保存在地层中的台风沉积层序和沉积构造；分析海岸湿地不同空间位置台风沉积层序和沉积构造形成及保存的空间差异性；根据柱状样的沉积层序和沉积构造，尝试判断台风事件，并结合历史文献资料进行检验，建立200年来影响福建东北部海岸的台风发生频率和强度的变化规律。

海岸湿地是人类活动和台风事件影响最为显著的地区之一。罗源湾海岸湿地沉积物多为粘性沉积物，在水动力及人类活动的影响下，水体悬浮颗粒物与沉积物之间发生不断交换，水体中包含海洋物理、化学和生物过程等有关信息的悬浮颗粒物被埋藏在海底沉积物中，而这些过程的变化则主要受控于水动力和沉积环境的变化。根据在福建罗源湾海岸湿地沉积动力要素（水深、流速、悬沙浓度、沉降速率）的观测及表层沉积物的粒度分析结果，罗源湾表层沉积物组份以粉砂和粘土为主，为粘性沉积物；近底层潮流流速由潮下带向潮间带上部逐渐减小，到互花米草盐沼内的最大值不超过7 cm/s；相应地，底部切应力也表现出由潮下带向潮间带上部逐渐减小的变化特征，潮下带底部切应力在大潮期间一般大于临界侵蚀切应力，小潮期间小于临界侵蚀切应力，海底一般总体表现为侵蚀；潮间带地区一般情况下底部切应力小于临界侵蚀切应力，由潮间带下部向岸，底部切应力逐渐减小，一般小于临界沉降切应力，潮间带地区一般表现为淤积。在台风影响下，近底层流速平均值变化很小，但流速波动变化幅度很大，底部切应力显著增大，滩面发生侵蚀，其中盐沼内的侵蚀通量可达到40.1 kg/m2；台风登陆后，随着风浪作用的减弱，流速波动显著减小，底部切应力逐渐减小，悬沙发生沉降，滩面表现为淤积。台风期间的滩面侵蚀、淤积主要受底部切应力的控制，而台风期间的强降雨也是形成台风粗颗粒沉积结构的重要环境动力因素。在正常天气情况下的大-小潮周期内，沉积物的保存率约为37.8%。稳定的淤积环境有利于沉积物中有机碳的埋藏，台风事件对光滩地区的有机碳埋藏影响不大，但可以促进盐沼边缘地区沉积物中有机碳的埋藏，随着向盐沼内部的推进，台风对有机碳埋藏的影响逐渐减小。沉降通量估算结果表明，随着台风影响程度的逐渐增强，近底层沉降通量逐渐增加，台风显著影响下的近底层沉降通量是平常大潮天气情况下的13倍左右。环境动力要素分析结果显示，罗源湾悬浮颗粒物的沉降过程主要受控于水动力过程。罗源湾海岸湿地沉积速率分别为1.96 cm/a和1.23 cm/a；近年来的围填海活动导致潮间带地区沉积速率显著增大，互花米草的引种也进一步导致潮间带上部沉积速率增大；台风的强烈影响使得潮间带沉积出现间断，在沉积间断界面出现沉积物粒度变粗的现象。