暴露的沉积物揭示了鲍威尔湖数十年的历史

通常，当地质学家走到沉积岩露头并开始扫描现在变成岩石的沙子、泥土和淤泥层时，他们正在寻找数百万年的深度时间来推断世界上那个地方发生的许多事情数千年的时间来创造那块特殊的岩石。

但是，当地质调查局的科学家斯科特·海尼克走到犹他州鲍威尔湖附近小牛峡谷的一个沉积物露头时，他看到了一层厚厚的沙子，心想“Crikey!那是 1983 年!”

随着干旱迫使鲍威尔湖退去，该湖六年历史上积累的沉积物正在显露出来。研究人员正在利用相对较短、有据可查的沉积地层历史来更多地了解它们是如何形成的，以及它们如何影响正在缩小的湖泊的未来。他们的研究发表在《沉积记录》上，是地质调查局、犹他大学和犹他州立大学的合作成果。在返回急流项目、犹他大学全球变化与可持续发展中心、河流和格伦峡谷研究所的后勤支持下，这种以现场为重点的合作成为可能。

犹他大学地质学和地球物理学教授卡里·约翰逊(Cari Johnson)在谈到细粒、易风-吹沉积物。“它可能会想要重新分配自己。它实际上会去哪里?”

鲍威尔湖的故事

鲍威尔湖于 1963 年随着格伦峡谷大坝的建成而出现。在 1983 年达到顶峰时，该湖拥有近 2600 万英亩-英尺的水(一英亩-英尺的水覆盖了一个足球场，深度为一英尺)。

但是科罗拉多河上的水库中断了下游的水和沉积物的自然流动。尽管垦务局弗洛伊德·多米尼(Floyd Dominy)曾宣布鲍威尔湖不会被沉积物填满，但近几十年来湖水位的下降表明，曾经的湖底已经积累了多少沉积物。

在研究人员进行沉积地层研究的小牛峡谷，沉积物高 60 英尺(18 m)。作为靠近湖面海拔顶部的侧峡谷，小牛峡谷只有在湖面较高时才会被淹没，并且是最先干涸的地区之一。自 2000 年开始的湖泊水位长期下降至今仍在继续，正值西部遭遇特大干旱。

新鲜的编队

对于 Johnson、USGS 科学家 Hynek 和 Casey Root 以及犹他州立大学的 Jack Schmidt 来说，暴露的地层提供了一个难以置信的机会。地球科学家经常使用沉积岩的纹理和结构来推断数千或数百万年前的环境。例如，砂岩可能暗示浅水或海滩环境。泥岩可能暗示更深的水环境。交替的砂岩和泥岩层表明海岸线快速而频繁地前进和后退。

“作为地质学家，当我们观察岩石和地层时，我们习惯于跳进时间机器，”约翰逊说，“但我们的时间机器通常在数百万年甚至数十亿年的范围内。”

所以想象一下地质学家的兴奋，他们可以研究新鲜的沉积地层，同时几乎可以看到创造它们的湖泊环境。

“你可以实时看到作用于它的主要力量，”Hynek 说。“你会想，‘好吧，所有的原料都在这里。我们是怎么做这堆沉积物的?’”

“我们知道条件实际上非常好，”约翰逊说。“所以现在我们正在测试我们所有关于沉积学和地层学如何工作的概念模型，并且我们正在根据已知记录进行测试。所以我认为它既令人兴奋又有点令人生畏，因为我们没有像我们通常做的那样摆动很多。”

Root 说，该记录不仅仅包括水位。

“它知道河流对监测数据的作用，水库对空间数据、卫星数据和地形数据的作用。你很清楚河流和景观在鲍威尔湖的生命周期中是如何变化的。”

对人造水库沉积的沉积物的研究很少见。因此，尽管有所有“已知”，但这项研究是同类研究中的第一个。

沉积物显示什么

除了地层底部和顶部的一些砾石外，Calf Canyon 的湖泊沉积物大部分是沙子和粘土的交替层。

“我们认为这些是由季节性沉积过程联系起来的对联，”约翰逊说。“因为我们非常了解水库的历史，所以我们想象着湖水位上升，湖水位回落。河流进入洪水阶段，在一段时间内主导沉积物沉积，然后其他过程接管。”

Root 说，由于小牛峡谷仅在湖水较高的时候被淹没，因此可能产生沉积记录的水文事件范围甚至更窄。“寻找洪水，你可以开始将沉积物和周期与记录的实际事件相匹配，”他说。

其中一个事件是 1983 年异常潮湿的一年，它导致盐湖城发生洪水，标志着大盐湖的高水位标志。海尼克说，在鲍威尔湖沉积物中，1983 年的洪水以“颜色鲜艳、柔软的沙层为代表，它可能有一米半高，紧贴着泥崖的一侧，里面有所有有趣的沉积结构。 " 研究人员假设，那一年的强径流可能会将大量沙子推入小牛峡谷。

随着湖泊水位的变化，沉积物在早些年至少部分暴露。随之而来的是红柳树，它们在西南沙漠的溪流和河流岸边大量生长。在某些地方，研究人员只看到了红柳根的影响——搅动沉积物，在岩石中留下化学变化——但在其他地方，他们看到根仍然存在。海尼克回忆说，他发现了一种尽管部分埋在沙子里但仍在继续生长的红柳。犹他州立大学的研究合著者杰克施密特指出了顽强的红柳，并解释了它所讲述的故事。

“所以沉积物堆积在这些植物的顶部，”海尼克说，“它们只是随着沉积物堆积在它们上面而继续生长。所以在某些情况下，你几乎可以沿着死去的红柳向下观察它是否发芽或起源在某个地平线上。”

“通过很好地保存这些根系和植物系统，”约翰逊说，“我们实际上可以把它们当作树木年轮一样对待，并观察它们的生长历史，以进一步巩固我们对水库水位正在做什么的解释。”

展望未来

对鲍威尔湖沉积物进行编目不仅仅是一项学术活动。这是对水库过去的了解，可以了解它在未来可能如何变化。该湖的表面积已经缩小到其最大面积的三分之一，例如，大约 100,000 英亩以前的湖床面积已恢复到陆地栖息地。

“曾经是湖泊的陆地面积的三分之二现在是一个陆地生态系统，充满了红柳、俄罗斯蓟、金针草和以前从未有过的细粒沉积物，”Hynek 说。“这是一个全新的生态系统，从这个曾经是湖泊的地区涌现出来。”

随着沉积物暴露出来，它很有可能会再次移动，通过风和水重新分布。地质调查局的科学家正试图更多地了解沉积物中存在的营养物质和金属，以了解它们重新分布的潜在后果。

此外，Root 说，缩小的鲍威尔湖的困境可以作为上科罗拉多河流域其他地区的指标。“有很多理由让鲍威尔湖保持高位，”他说，并以蓄水和水力发电为例。“因此，如果水位低，那么这是一个很好的迹象，表明可用水量有限。Calf Canyon 的沉积物是我们可以预期的一个例子，因为水库水位降低并且更多的这些沉积物暴露出来。”

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