近岸海域位于海陆生态系统的交错带，对自然及人为胁迫均具高敏感性，而210Pb和137Cs方法是研究百年尺度环境变化的最为常用的方法。《２１０Ｐｂ 和１３７Ｃｓ 方法及在近岸海域研究中的应用》结合东京湾、伊势湾、三河湾、渤海湾等案例，主要对应用于近岸海域研究的210Pb和137Cs方法及有关模型进行了较为系统的梳理，其不仅可以为210Pb和137Cs方法研究提供理论依据，同时还为近岸海域环境变化研究提供了丰富的数据参考。

1概论
11近岸海域沉积物
海洋沉积物分为近岸海域沉积物（coastal marine sediment）和深海沉积物（deep sea sediment）（Gross，1972）。因为近岸海域比深海海域更接近陆地，近岸海域沉积物的特征与深海海域沉积物的特征不同，主要表现为以下两个方面：
（1）近岸海域的沉积速率远远高于深海海域的沉积速率。
近岸海域沉积物以每年几毫米的速度沉积（Robbins，1978）。反之，深海海域沉积物通常是每1000年沉积几毫米（Goldberg and Koide，1962; Goldberg et al，1963; Goldberg and Griffin，1964）。这说明近岸海域沉积物的时间分辨率要远远高于深海海域沉积物。此外，由于近岸海域的历史要短于深海，因此关于近岸海域沉积物保持的持续记录往往最长也只有近万年（Gross，1972），然而深海海域的记录则超过了数百万年（Seibold and Berger，1996）。相对于深海海域沉积物，近岸海域沉积物具有较短的记录和较高的时间分辨率，因此更适合应用于研究近期环境变化。
（2）近岸海域沉积物受到人类活动的严重影响。
与深海海域沉积物相比，近岸海域沉积物对陆地上的自然演替更加敏感。世界上大约有4亿人居住在海拔20m范围内及世界海岸20km范围内（Small et al，2000）。自20世纪以来，世界人口急剧增加，有关近岸海域沉积物的研究有助于理解人类活动对沿海沉积环境不断增加的影响。对于近岸海域沉积情况的认知，对沿海区域管理，如人口管理、港口维护、渔业管理、海岸保护以及减少人类娱乐活动等同样具有重要作用（Coltorti，1997; Hansom，2001）。
12沉积速率的变化
沉积速率（sedimentation rate），也称作沉积物累积速率（sediment accumulation rate），是指单位时间内物质（矿物质与有机物质）从水体中沉淀下来的量，通常以一定时间内的沉积厚度（线性沉积速率，cm/a）或者一定时间内的单位面积沉积质量［质量沉积速率，g/（m2·a）］来表示。近岸海域沉积速率的确定是海岸带环境研究的基础之一。
沉积可以看作沉积物供给（源）与沉积后侵蚀（或再悬浮、运搬）作用之间达到平衡的一种状态。当侵蚀速率小到可忽略不计时，沉积速率则取决于沉积物供给，其影响因素主要包括气候、河流及其汇水流域的改变以及海洋环境中的其他因素（表11）。表11近岸海域沉积物沉积速率变化的影响因素影响因素影响程度气候洪水（降雨）+++温度（侵蚀率）+风+河流及其汇水流域的改变三角洲地区围海造田工程+++森林砍伐+++修整下游区域河流河道++建设新居住区（城市化）+续表影响因素影响程度农业+城市排水（人口）+工业排水（工业化）+修建大坝---山坡及上游混凝土河岸的保护--海洋环境中的其他因素围海造陆+++疏浚+++海岸线保护--海流+/-海平面上升（海滩侵蚀）+注：“+”表示影响因素将会引起沉积速率的增加，“-”表示影响因素将会引起沉积速率的下降。“+”或者“-”号越多，表示此影响因素越重要。由表11可知，虽然诸如洪水等自然因素对沉积速率的变化有重要的影响，但是大部分的影响因素与人类的活动有关（如建造大坝、农田开垦、城市化、工业化、森林砍伐等）。Brooke（2002）提到，对于一些澳大利亚海湾而言，其现代沉积速率可能是全新世晚期沉积速率的2倍以上。事实上，在过去的100年中，农田开垦、森林砍伐、城市化以及人类经济活动等已经对近岸海域沉积环境产生了越来越多的影响（Lauro et al，2004; Owen and Lee，2004; Plater and Appleby，2004）。这些影响不仅造成大范围沉积物沉积速率的时空变化（如 Cundy et al，2002; Owen and Lee，2004; Plater and Appleby，2004），也引起一些元素如重金属等沉积速率的时空变化（如 Chow et al，1973; Matsumoto and Wong，1977; Matsumoto，1988; Tanner et al，2000; Ligero et al，2002; Cundy et al，2003）。
近岸海域沉积速率的变化可以作为海岸带和陆域环境变迁的重要指示物（proxy）。近年来，一些地区，尤其是城市地区，在过去100年间土地的利用情况的变化极其类似，即森林和河流集水区或近岸海域正大片的快速被用于农田种植、矿物开采以及城市建设（Hancock et al，2000）。在很多情况下，这些变化会导致大量的沉积物进入近岸海域。越来越多的沉积物的输入，影响了近岸海域的地形地貌，破坏了沉积物进入系统与沉积后侵蚀作用之间的平衡，进一步影响了水生生物及生态，最终影响人类的经济活动，尤其是渔业（Harle et al，2002）。此外，一些如堤坝建设等的人为因素，可能会引起沉积速率的下降，扰乱近岸海域沉积体系的物质平衡（Snoussi et al，2002）。
为了确定沉积速率的变化情况，至关重要的一点是建立详细的、精确的沉积物年代。利用放射性同位素法确定年代是确定绝对年代的最好方法（Carroll and Lerche，2003）。放射性同位素，如14C（如 Kershaw，1986）、226Ra（Koide et al，1976）、210Pb（Koide et al，1972）、137Cs（Hetherington and Jefferies，1974），常被用来确定近岸海域沉积物的年代。14C和226Ra的半衰期分别是5730年及1600年，均不适合用来测定年轻沉积物的年代。为了测定过去100年间近岸海域沉积速率的变化情况，半衰期为223年的210Pb显然最适合用来测定年代情况。此外，137Cs法确定年代是基于1963年的峰值（peak fallout），适用于测定过去40~50年沉积物的年代。137Cs常被用作年代指示物，获得关于沉积速率的补充信息，与210Pb法测定年代的结果比对。
13210Pb方法测定近岸海域沉积物年代
210Pb法最初是由Goldberg（1963）提出的，Krishnaswami等（1971）最早将其应用于测定湖泊沉积物的年代，此后，Koide等（1972）又将此方法应用于海洋沉积物的年代测定。实际上，如果知道沉积物年代就能够计算出沉积速率，反之亦然。截止到2005年，通过权威的文献搜索引擎ISI Web of Kownledge（Institute of Information，Thomson Corporation），可以找到2500多篇关于210Pb及其在沉积过程中的应用的论文。这里，将近年来210Pb方法在近岸海域沉积物中的应用进行简要回顾（表12）。
210Pb是238U自然衰变系列的产物之一，可持续进入近岸海域沉积物之中。由于直接大气沉降、间接大气沉降以及水中226Ra衰变生成的210Pb（详见21节）等不同途径的210Pb的输入，使得近岸海域沉积物中210Pb及226Ra之间出现放射性不平衡。那些过剩的210Pb被称为过剩210Pb通量或不支持的210Pb，被用来测定百年尺度的沉积速率及沉积时间（Robbins，1978; Oldfield and Appleby，1984; Appleby and Oldfield，1992）。
Robbins（1978）认为210Pb法可应用于速率在001~1cm/a以上的沉积物。Appleby和Oldfield（1992）也指出，210Pb法仅仅适用于沉积速率足够快的情况下（大于003cm/a）。通常情况下，近岸海域的沉积速率都满足以上条件，在大量不同的近岸海域环境中的应用已经证实210Pb方法的可靠性，其可以用来测定恒定的或是变化的沉积速率（SanchezCabeza et al，1999）。
在早期的研究（如Koide et al，1972; Matsumoto and Wong，1977; Nittrouer et al，1979）乃至近年来的一些研究（如Kato et al，2003; Pfitzner et al，2004）中，沉积速率和过剩210Pb通量常被视作常量。使用沉积物和210Pb恒定通量（CFSL）模型，通过最小二乘回归法可以得到平均沉降速率。但是，使用这个模型，不能确定沉积速率的时间变化情况。换言之，在早期的研究中只能确定平均沉积速率的空间分布。
通常情况下，直接大气沉降是形成近岸海域沉积物中过剩210Pb的主要来源，并且过剩210Pb通量一般为常量（Appleby and Oldfield，1992），

目  录
1 概论 1 
1 1 近岸海域沉积物 1 
1 2 沉积速率的变化 2 
1 3 210Pb方法测定近岸海域沉积物年代 4 
2 210Pb方法学 11
 2 1 210Pb方法的原理 11 
2 2 210Pb方法模型 13   
2 2 1 概念模型 14   
2 2 2 数值模型 17   
2 2 3 扰动模型 18   
2 2 4 模型的选择及验证 19 
3 137Cs方法学 22 
3 1 137Cs方法的原理 22 
3 2 基于Weibull分布的137Cs反演模型 23 
4 210Pb和137Cs测试与分析 26 
4 1 210Pb和137Cs测试的伽马光谱学 26 
4 2 基于测试误差的柱状沉积物分样方法 28  
 4 2 1 沉积速率恒定时的样品分割 29   
4 2 2 沉积速率变化时的样品分割 39 
4 3 210Pb计算软件(LEADAT) 41 
5 210Pb和137Cs方法学在伊势湾的应用 44 
5 1 伊势湾概况  44 
5 2 样品采集 47 
5 3 结果与讨论 48   
5 3 1 沉积物特性 48   
5 3 2 利用210Pb方法解析沉积速率中的时间变化 50   
5 3 3 近一个世纪来沉积速率的空间分布 56   
5 3 4 由210Pb和137Cs方法得到的平均沉积速率比较 56   
5 3 5 过剩210Pb的总量和通量 59
 6 渤海湾沉积物210Pb和137Cs及重金属研究 64 
6 1 研究背景 64 
6 2 样品的采集与分析 65 
6 3 结果与讨论 66   
6 3 1 粒度特征 66   
6 3 2 重金属含量 67   
6 3 3 核素放射性活度 68   
6 3 4 沉积物组分､重金属和放射性活度间相关性 69   
6 3 5 湾内沉积物理化性质空间分布及其指示 70 
参考文献 77 
附录  91