湖泊研究的历史与湖泊分类

湖泊研究的历史与湖泊分类侯锡鹏（山东科技大学地球科学与工程学院，山东青岛266590）摘要：湖泊是在地壳构造运动、冰川、河流冲淤等的地质作用下，地表形成许多凹地，积水形成，湖泊的大小形态各异，现代的淡水湖，有从球场大小的浅水池沼到面积八万多平方公里的美国苏必蠡湖，也有深至1610米的贝加尔湖。在地质历史上末次冰期后北美的Agassiz湖，达到了百万平方公里以上，那么这些形态各异的湖盆形态是如何形成的，国内国外的科学家们是如何研究的，又是如何分类的呢？本文将对湖泊研究的历史与湖泊的分类方法进行综述。关键词：湖泊湖泊历史湖泊分类1湖泊研究的历史1.1国外湖泊研究的历史美国最早开始了对湖泊沉积的研究，19世纪末期Gilbert对美国犹他州大盐湖前身更新世Bonneville湖的研究，以及Russell对内华达州西部更新世Lahontan的研究，开创了湖泊研究的先河。到了20世纪20年代，人们对湖泊沉积的研究有了新的进展：1920年德国工程师Nipkow用玻璃管采样器在苏黎世湖采集了世界上第一筒岩芯，并对沉积物的内部特征进行了分析；1932年Heim对瑞士主要湖泊在历史时期一些灾变事件中所引起的沉积再作用进行了详细的记录和描述。在经过了近20年的沉寂之后，湖泊沉积的研究终于在上世纪50年代取得了重大进展，Kullenberg在1952年于苏黎世湖取得了8.5米长的岩芯，对之进行孢粉和化学分析，从而揭示了冰后期以来湖泊营养条件和演化历史的改变，在之后Hutchinson发表了《论湖泊学》，此书对湖泊学的研究内容进行了全面的论述，并对湖泊进行了详细的成因分类，对此后湖泊学研究有很大意义的指导作用；此期间尤为重要的还有美国绿泥河页岩的湖泊研究，它是全球最大的非海相碳酸盐沉积盆地的始新世中、晚期地层，在古环境再造和陆相生油等方面都有特殊意义，虽然在“形成绿泥河组地层的湖泊究竟是季节性干涸的浅湖还是水体分层的深湖”这个问题上至今还有争议，但他却为非海相含油盆地的古湖泊研究树立了模版。70年代后期以来，湖泊学在国际地学界中的地位逐步升高，国际湖泊学的研究出现了两个方向：一种是在湖泊中晚第四纪地层中进行的，以保护环境和气候演变趋势为目标的研究；另一种是在构造湖泊的中新生代地层中开展的，以盆地构造、油气形成和地质演化为重点的研究。1.2我国湖泊研究的历史从20世纪20年代开始我国对湖泊相进行了研究，首先我国的科学家在兴凯湖、鄱阳湖、洞庭湖和太湖进行了部分的形态测量及水文分析，并考察了青海湖及罗布泊的地质情况。20世纪50年代以来，我国科学家又对茶卡、青海湖、大柴旦、查卡尔等高原咸水湖地区以及巢湖、鄱阳湖、洞庭湖、太湖等长江中下游的淡水湖和云南洱海、抚仙湖等断陷湖进行了地质调查。20世纪80年代以来，伴随着全球变化研究的发展，湖泊研究也得到了更多的重视，很多新方法在湖泊研究领域得到了应用：环境磁学、稳定同位素等，这些研究对湖泊沉积的认识提供了宝贵资料。20世纪90年代以来，国际大陆钻探计划在全球范围内开展，在我国不同的地貌地区也进行了湖泊钻探，例如青海湖国际钻探（2005年，1000m）、青藏高原东北缘若尔盖古湖（1995.310m）等，这些钻探活动获得了百万年以来古气候变化的信息，揭示了不同地貌之间的差异。2湖泊的分类伴随着人们对湖泊认识的增加，对于湖泊的分类也是众说纷纭，以下将以湖泊的成因分类、营养水平分类和热分层分类三个方面对湖泊分类情况进行综述。2.1湖泊的成因分类Ⅰ.Hutchinson（1957）对湖盆的分类是近代比较系统完备的分类，他根据不同的动力地质作用形成不同的地貌形态，将湖泊分成了11大类，这11大类分别是：1、构造湖：包括由地壳深部运动造成的全部湖泊，地球上一些最大的湖泊属于此类，例如坦噶尼喀湖（1435m）、里海（1000m）、贝加尔湖（1600m）、死海（400m）、维多利亚湖（80m）、黑海（2245m）等；2、滑坡湖3、火山湖；；4、冰川湖；5、河流湖；6、溶解湖；7、海岸湖；8、风成湖；9、有机成因湖；11、陨星湖；10、人造湖。之后，又根据同一地质作用下所形成的不同的地貌形态，将湖泊盆地进一步划分出76个小类。Hutchinson的成因分类虽然比较完整，但在具体划分上并没有依据戴维斯三分法的原则首先按照营力进行分类。Ⅱ.根据戴维斯提出以不同的地质营力进行分类的条件下，将营力、动力地质作用、动力地貌特征作为湖泊盆地成因分类的原则，对湖泊进行了三级分类：一、内营力，内营力下包括：（一）褶皱作用，表现出的地貌特征有坳陷洼地湖和隆起水文型倒转湖;(二)断裂作用，代表的地貌特征有断陷湖和断裂湖等；（三）大陆裂谷作用，表现出的地貌特征有大陆裂谷湖；（四）地震活动，可以形成局部陷落湖；（五）海岸地壳隆升作用，代表的地貌形态有海岸隆升湖和新地湖等；（六）火山活动，火山活动多形成火山口湖、火山构造盆地湖、谷地堰塞湖、熔岩流崩陷湖和火山熔岩填塞湖；（七）泥火山活动，形成泥火山口湖；（八）地下水热活动，多形成地下水热爆炸湖；（九）重力作用，在重力作用下可以形成山崩湖、滑坡湖、滑坡堰塞湖；二、外营力，外营力下包括：（一）溶蚀作用，多形成岩溶洼地湖、窝塘或落水洞湖、岩溶盆地湖、构造洼地湖、地下湖、岩溶塌陷湖和氢氧化物沉积溶蚀湖；（二）流水作用，形成的湖泊类型有瀑布湖、侧面堰塞湖、废弃河道堰塞湖、河床洼地湖、牛轭湖、泛滥平原洼地湖、潮成自然堤堰塞湖、三角洲天然堤堰塞湖和湖岸三角洲分割湖；（三）冰川、冻融作用，形成的湖泊类型有冰面凹陷湖、冰内湖、冰下湖、冰裂挖掘湖、冰斗湖、冰蚀洼地湖、冰水平原陷穴洼地湖、冰水沉积物填充洼地湖、冰水沉积坑穴湖、冰水堰塞湖、底碛洼地湖和热喀斯特湖等；（四）海洋动力作用，形成的湖泊类型为海岸湖；（五）风力作用，风力作用下多形成连岛沙洲、三角沙咀、沙丘堰塞湖、沙丘间湖和风蚀洼地湖；（六）生物作用，主要形成植物堰塞湖、堡礁湖、珊瑚环礁湖和植物洼地湖等；三、人力，人力下的人工作用，包括人工堰塞湖和人工洼地湖；四、陨击力，作用形式为陨石撞击作用，可以形成陨击坑湖和陨击凹地湖。根据戴维斯提出的三分类可以明显看出各种地质作用形成的种种湖泊地貌特征各不相同，即便是在同一动力地质作用下，如果地貌单元不同也会形成动力地貌特征各异的湖泊盆地，因此把地貌特征作为划分湖泊类型的第三类分类依据是十分必要的，而且三分法所划分的湖泊成因类型也基本上反映了大陆上所分布的湖泊成因类型，因此比较适用。2.2湖泊的营养水平分类Ⅰ.国际分类情况按照营养类型，湖泊可以分为1、贫养湖：初始的生产力低，藻类的容量小，水的透明度较高，营养元素浓度低，主要是指磷、氮元素；2、富养湖：生产力高，叶绿素含量高，营养元素高，水的透明度低；3、外养湖：营养物质依靠外界的输入，这种湖又被称为褐水湖或康涅克湖，较为科学的称呼称为外养湖或多腐殖湖，这是由于它的腐殖质含量高。Ⅱ.国内分类情况我国采用逐级分类的方式进行湖泊的营养类型分类：1、一级分类：根据所需营养物与湖泊生物生长之间的关系，把湖泊的营养类型分为非协调营养型和协调营养型，协调营养型是指湖泊生物生产能力随湖水中的营养物质浓度上升而增加；而非协调营养型即指生物生产能力随着湖水中营养物质浓度上升增加的不明显或者是减少。2、二级分类：在非协调营养型湖泊中，根据阻止水生生物生长的各种原因分为碱性营养型湖泊、酸性营养型湖泊和超营养型湖泊；在协调营养型湖泊中，根据湖水中生物的现存量和营养物质（主要是N、P）含量，分为富营养、中营养、贫营养三种。3、三级分类：不同营养类型的湖泊中，依据湖中初级生产者生物的不同种类，分为草型、藻型及藻草混合型。顾名思义，将湖水中大型水生植物的生物量和藻类进行比较，藻型湖泊就是藻类占优势的湖泊，草型湖泊就是大型水生植物占优势的湖泊，藻草混合型湖泊就是二者大致相当的湖泊，下表为我国协调营养型湖泊中贫中富营养的分类标准（表1）。2.3湖泊的热分层分类湖泊之所以会出现热分层是因为水的密度在+4℃时最大，在一般情况下，较冷的水重，分布在水底，成为湖下层，暖而轻的水在湖面附近，叫湖上层，二者中间的叫做湖中层，但是在某种特殊的情况下这种情况会发生倒转：正常情况下，夏季时湖水分层并且暖手层在冷水层之上，春秋季节湖水发生循环而呈等温状况，到冬季时便会出现逆分层，湖上层比湖下层冷。根据这种情况，湖泊在足够深以能够形成分层的条件下，可以分为以下几种类型：1、无循环湖：湖水从不循环，常年结冰，这种情况出现在南北两极最多，阳光穿过冰层的辐射为湖水提供热量，这类湖泊会出现特殊的逆分层现象。2、冷单循环湖：这种湖泊只有在夏季才进行循环，水温在+4℃以下。这种湖泊出现在寒冷和高海拔地区。3、双循环湖：一般是每年春秋两季循环，夏季出现正分层，冬季出现逆分层，这种湖泊是世界寒冷带最常见的热分层类型。4、暖单循环湖：这种湖温度在+4℃以上，每年进行一次循环，主要分布在亚热带山区、温带。5、多循环湖：分为冷多循环湖和热多循环湖，湖水循环较为频繁，冷多循环湖在+4℃左右的温度下循环，热多循环在比较高的温度下循环。这种湖分布在季节温差小、日夜温差大的地区。6、少循环湖：这种湖水在+4℃以上的情况下发生罕见的、不规则的循环，一般分布在热带地区。3参考文献[1]汪品先，刘传连，陈东敬，陈嘉树.古湖泊学译文集.北京：海洋出版社，1991[2]沈吉，湖泊沉积研究的历史进展与展望.湖泊科学，2009，21（3）：307-313[3]刘振义，湖泊盆地成因分类，齐齐哈尔师范学院学报，1993，3[4]窦鸿身，王苏民，姜加虎等，中国湖泊综合分类原则、级别划分及分类程序之初探，湖泊科学，1996，6[5]舒金华，黄文钰，吴廷根，中国湖泊营养类型的分类研究，湖泊科学，1996，9