科学家揭示仅两个人类决策如何永久性改变大盐湖生态结构

犹他大学一位地球科学家对湖床沉积物进行同位素分析，以追溯该湖及其周边流域自形成当前形态以来的变化——该湖由曾覆盖犹他州北部大部分区域的巨型淡水湖邦纳维尔湖演变而来。

"湖泊是绝佳的集成器。它们是水、沉积物以及碳和营养物质的汇集点，"地质与地球物理系主任加布里埃尔·鲍恩教授表示，"通过研究此类湖泊的沉积物，我们能获取大量关于周边地貌的信息。"

根据鲍恩上月发表于《地球物理研究快报》的新研究，沉积记录为终端盐湖持续变化提供了背景依据——这些湖泊维系着脆弱而至关重要的生态系统，其研究结果可能有助于制定管理目标。

此项研究填补了该湖地质和水文记录的关键空白，研究开展时这座因干旱萎缩的终端湖水位正徘徊在历史最低点附近。

"我们拥有大量观测数据、监测记录以及关于当前变化的丰富信息和关注度。同时前人也留下了研究该湖数万年至数十万年重大变化的遗产，"鲍恩说，"但中间尺度的研究，"但中间尺度的研究始终缺失。"

这个时间尺度始于白人定居者初抵犹他州，但晚于邦纳维尔湖退缩形成大盐湖的时期。

通过分析湖相沉积物中保存的氧碳同位素，该研究重建了湖泊水量与碳收支的历时演变。其中两个显著的人为驱动转变尤为突出：

• 19世纪中叶 - 随着1847年摩门教移民定居，灌溉工程迅速使湖区周边植被繁茂，增加输入湖泊的有机物通量并改变其碳循环。
• 20世纪中叶 - 1959年铁路堤道的修建阻断了南北湖湾间的水流，使吉尔伯特湾从终端湖转变为开放系统，部分水体泄入甘尼森湾，导致盐度与水平衡指标跃升至数千年未见的水平。

新研究检验了从大盐湖床提取的两组沉积岩芯，分别代表不同时间尺度。2000年在弗里蒙特岛以南钻取的首个蒙特岛以南钻取的首个岩芯顶部10米层段，包含8000年前输入的沉积物。

[caption id="attachment_100686" align="alignright" width="511"]从甘尼森岛眺望大盐湖全景，该岛长期作为鹈鹕繁殖地。图片来源：布莱恩·马夫利[/caption]

另一组由美国地质调查局获取的样本仅涵盖表层30厘米沉积物，沉积于最近数百年间。

"第一组岩芯展现了定居者到来前8000年的环境演变，"鲍恩解释道，"第二组浅层岩芯则揭示了定居者抵达后湖泊的变化轨迹。"

鲍恩对不同深度的湖床沉积物进行碳氧同位素比值测定，由此揭示历史不同时期湖区周边地貌及湖水的特征。

"碳数据揭示了生物地球化学过程，即碳在湖中的循环机制——这受岩石风化（向湖泊输送碳）和流域植被（溶解性有机碳随水流汇入湖泊）等因素影响。"他阐述道。

鲍恩的分析记录了碳指标的剧变，表明摩门教先驱抵达盐湖谷后引发了深刻变革——他们引入灌溉农业以支撑快速扩张的聚居区。

"碳同位素值出现重大偏移：从更指示岩石风化作用（溶解石灰岩向湖中输入碳）的数值，转向更多源于有机物和植被的碳源。"鲍恩指出。

定居后的新碳平衡状态，在邦纳维尔湖消亡后8000年的记录中前所未见。

随后，鲍恩通过氧同位素分析重建了湖泊水平衡的历时变化。

"本质上它反映湖水蒸发与入流的平衡关系。湖面扩张时氧同位素比值降低，收缩时则升高，这基本揭示了湖容量的变化速率。1959年之前仅见微小波动。"

1959年联合太平洋铁路公司修建了20英里长的堤道取代旧栈桥，将无支流汇入的北湾与南湾（即吉尔伯特湾）分隔。水流经堤道缺口注入北湾，致使南湾转变为开放系统。

"我们从根本上改变了湖泊水文结构并赋予其出流通道。这在氧同位素数据中清晰显现——其行为模式发生根本转变，"他分析道。反直觉的是，此变化意外使吉尔伯特湾水体盐度低于自然状态，为应对其他因素导致的湖面下降和盐度升高争取了时间。

"纵观8000年长尺度，该湖多数时间处于高蒸发状态。本质上始终处于萎缩固化进程中。直到堤道建成才逆转此趋势。"

题为《大盐湖殖民时期水文生态变化之数千年背景》的论文于7月22日在线发表于《地球物理研究快报》。加布里埃尔·鲍恩为独立作者，研究获美国国家科学基金会资助。