罗布泊“大耳朵”干盐湖区盐壳含水量变化及其原因分析

发布时间：2019-06-21 10:50

【摘要】：在卫星影像上,罗布泊干盐湖轮廓分明的“大耳朵”状,让不少学者为之惊叹并开展了研究,取得了大量成果,但对“大耳朵”耳纹成因的研究还缺乏深入的研究。本项目组在前期的实验已明确指出,色调深浅不一的纹理,与对应的盐壳厚度未呈显著相关,但深色纹理盐壳含水量高于浅色纹理盐壳,在此基础上,本论文通过对罗布泊“大耳朵”干盐湖区两处典型的黑色、白色纹理观测区[文中分别命名为黑纹观测区(BOS)和白纹观测区(WOS)]的原状盐土进行为期一年多极端干旱的实验观测和室内模拟吸湿试验,从表层盐壳水分差异的角度尝试寻找罗布泊“大耳朵”耳纹的成因,从而为罗布泊或极端干旱地区的环境与水土资源演变提供科学依据。(1)野外实地观测实验表明,完整1年观测期内(2009年9月到2010年8月)盐壳表层吸附水含水量平均值,W0S为61.5g kg-1,略高于BOS的60.9g kg-1,但结晶水含量平均值中,BOS为34.3g kg-1,明显高于WOS的7.3g kg-1；两个观测区的表层盐壳其吸附水含水量均大于结晶水含水量,两观测区的吸附水含水量均值差异不到1.0g kg-1,但BOS盐壳结晶水含水量是W0S的4倍以上。对照盐壳化学与矿物学分析结果表明,BOS和W0S的表层盐壳总含盐量分别为200.20g kg1和420.20g kg1,除了总盐差异外,化学成分(离子成分)、矿物成分之间是也有明显差异的,尤其是BOS所含的K’、Mg2’离子分别是WOS的2.4倍和17.4倍,推测是由于钾、镁形成的矿物成分差异导致两个观测实验区的表层盐壳含水量存在差异。(2)通过表层盐壳含水量与大气温度、大气相对湿度、平均风速、蒸散量、盐壳剖面温度、盐壳剖面空气温湿度、地下水埋深变化等进行相关分析,发现实验观测区表层盐壳含水量变化几乎不受地下水埋深变化的影响；相关显著性检测结果表明,W0S的表层盐壳吸附水和结晶水含水量、BOS的表层吸附水含水量与大气相对湿度呈正相关关系,与大气温度、蒸散量和盐壳剖面温度均呈负相关关系,相关系数在[0.3,0.7]和[-0.7,-0.3]区间,呈中等线性相关关系；BOS的表层盐壳结晶水含水量仅与盐壳剖面温度表现为负相关关系,与其它因子均未表现直接的相关关系,说明表层盐壳吸附含水量的变化其主导因素是气象因素；(3)通过对表层盐壳样品放置于冬季大气中的吸湿能力测试,结果表明,总体上大气温度呈上升趋势、湿度呈下降的趋势,黑纹的土样从大气中吸湿后增加呈直线上升趋势,3天后累计增加重量比超过4%,白纹土样则相对平缓上升,3天后累计增加重量比仅为0.6%左右,BOS表层盐壳表现出较强的从大气中吸湿的能力。(4)在室内实验模拟设定60%RH下,20℃、30℃和40℃三个模拟温度梯度进一步印证,再次发现BOS表层盐壳具有较强的吸湿能力,在22h后其累计含水量增加至7%左右的稳定值,而白纹表层盐壳吸湿累计含水量增加仅为0.5%左右稳定值,W0S表层盐壳在吸湿能力测试实验过程中始终未如BOS表层盐壳那样表现出明显的、极强的吸湿性能。(5)通过对盐壳60cm以下粉粘土层的含水量、盐壳剖面温度、盐壳剖面空气温湿度等因子进行初步分析,盐壳剖面的地下,W0S吸附水含水量均值为203.5g kg-1,结晶水含水量均值为16.1g kg-1;BOS粉粘土层吸附水含水量均值和结晶水含水量均值分别为144.8g kg-1和15.2gkg1,其即粉粘土层的含水量对表层盐壳的含水量影响不显著,进一步验证了观测区表层盐壳的含水量变化的主导因素是以大气湿度为主的气候因素。通过本次实验表明,在罗布泊实验区内,表层盐壳含水量,尤其是吸附水含水量,其变化主导因素是气象因素,基本不受地下水埋深、剖面温湿度变化的影响,根据表层盐壳吸湿能力的差异以及盐渍土含水量反射的特性推测,罗布泊“大耳朵”干盐湖黑、白相间的纹理,长期色调差异主要为结晶水的差异导致的,短期的色调差异则主要为吸附水的差异导致的,而引起吸附水的差异是K’、Mg2’离子含量差异和含K、Mg矿物组成差异造成的,虽然WOS区总盐含量较高,但BOS区所含极易吸湿的钾盐矿物较WOS区多,其吸湿量也高于WOS区。这在一定程度上可以揭示罗布泊干盐湖在遥感影像上长期保持“大耳朵”轮廓、短期其色调又有深浅差异现象的原因,也可为通过遥感技术进行干旱区干盐湖环境变化研究和找矿实践提供理论基础。
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【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P942

【参考文献】