Weathering: Toward a Fractal Quantifying

Weathering occurs over a wide range of scales. To link features through these scales is a major challenge for interdisciplinary weathering studies. Fractal approach seems to be specially useful for this purpose. We introduce a multistep fractal weathering assessment scheme devoted to extract fractal weathering classifiers from texture analysis of the mineral's image. Our scheme enables to quantitatively estimate the global and local information about the geometry of the weathering pattern. This information is basic to develop geometrical indices of weathering, which can significantly enrich the common qualitative and semiquantitative weathering assessment schemes. To justify the fractal approach, a strong statistical self-similarity has been documented for both the weathering and fresh features of two common silica minerals: quartz and biogenic A-opal (phytolith) over four orders of length scales. The procedure is fast, drastically reduces thresholding bias, promises to be universal, it is valid for genetically different minerals and rock types, scale independent, and specially useful for monitoring the changes in the mineral's roughness during the alteration. Two of the proposed classifiers seem to be potentially useful for direct application in the field and be used by nonspecialist.     

植硅体形态测量学研究与应用概述

植硅体形态测量学是植硅体研究的重要方向之一,随着学科交叉研究的深入,植硅体形态测量学在植物分类与生态学、环境考古学、全球变化与生态响应等领域得到快速发展。综合已有研究成果表明,长鞍型植硅体形态测量学在日本、中国的竹亚科属一级竹类生态学具有独特的指示作用,而扇型和长鞍型形态测量学在中国西南西双版纳竹亚科木本竹子属一级分类中具有重要的参考价值;稻亚科扇型形态测量学可以有效区分籼稻与粳稻,且扇型鱼鳞状纹饰与颖壳双峰植硅体形态测量学结合可以准确判别亚洲栽培稻与普通野生稻;黍亚科树状表皮长细胞形态测量学被成功运用到区分中国西北黍和粟及其亲缘物种的关系,葫芦科南瓜属刻面球型植硅体形态测量学揭示了野生种、半驯化种和驯化种之间植硅体形态大小及其关系,证实南美洲低地地区早全新世出现的南瓜驯化历史;中国东北不同环境条件下的禾本科羊草、芦苇植硅体形态测量学研究反映了陆生植物对全球变化的生理生态响应,为研究陆地生态系统对全球变化的响应及古环境重建提供了重要参考。     

东北地区湿度梯度下的表土植硅体的空间分布规律

植硅体的现代过程研究是恢复古环境的基础,探讨表土植硅体分布及组合特征对环境因子的响应尤为重要。沿中国东北地区年均温为4 ℃等温线采集70块表土样品,研究了单一温度因素控制下表土植硅体的空间分布规律,以期获得不同类型植硅体对降水的响应。研究结果表明:所有表土样品中植硅体丰富且数量较多,主要有棒型、尖型、块状、扇型、扁平状、短鞍型、帽型、哑铃型、齿型、三棱柱型、导管型、硅质突起、硅化气孔、弓型和多面表皮植硅体;且主要以短细胞、棒型、尖型为主,其平均百分含量之和高达80.77%,块状、扁平状、扇型次之,其他类型的植硅体含量较少。方差分析结果表明:棒型、三棱柱型、硅质突起、哑铃型和扁平状在大兴安岭、松嫩平原和长白山之间存在显著性差异,且棒型、三棱柱型、硅质突起的百分含量与年降水量具有极显著的正相关性,哑铃型的百分含量与年降水量具有极显著的负相关性。总之,年均温为4 ℃等温线上70块表土样品中植硅体类型基本相同,但不同类型植硅体的百分含量存在差异,说明本研究区域内表土植硅体组合特征对降水的响应较为敏感。     

长春南湖芦苇(Phragmites australis)茎、叶植硅体随生长期和生境的变化特征

对于不同生长期、不同湿度条件下芦苇(Phragmites australis)茎、叶中多种类型植硅体含量变化的探讨,能够为植硅体形成机理研究和探讨植硅体对气候变化的响应提供理论依据.选取长春市南湖为实验样点,于5—10月在3种不同生境(旱生、季节性水生和水生生境)采集芦苇样品,并分别统计芦苇茎、叶植硅体形态和数量.实验结果显示:首先,茎、叶植硅体组合特征存在明显差异,茎中帽型及个体较大的尖型等植硅体多于叶中,而叶中硅化气孔含量明显高于茎中.其次,随着植株的生长,芦苇茎中硅化气孔含量先增加后减少,鞍型植硅体含量变化较小而帽型植硅体含量先减少后增加,棒型植硅体含量逐渐增加、尖型植硅体含量先增加后减少;芦苇叶中硅化气孔含量持续增加,鞍型、帽型等短细胞植硅体含量下降,尖型、扇型等个体较大的植硅体含量逐渐增加.最后,不同植硅体类型的含量在3种生境中的变化情况较为复杂,茎中植硅体的数量变化没有明显规律,而芦苇叶中硅化气孔含量由旱生生境向水生生境逐渐增加,可见叶中硅化气孔含量的增加可以指示相对湿润的生境条件.总之,芦苇茎、叶内不同类型植硅体的数量对植株生长及不同湿度环境有不同程度的响应,对芦苇植硅体的研究也有助于理解湿生植物植硅体与环境因子的关系,进而为探讨植硅体对古环境、古气候的响应提供理论基础.     

中国图们江河口湖沼沉积中植硅体古气候变化特征

通过对中国图们江河口湖沼沉积剖面的植硅体组合的分析,划分出该剖面自17.1～2.247 kaB.P.期间的6个植硅体组合带,分别对应冷干-凉湿-冷干-凉湿-温暖-温湿的气候阶段.将分析结果与本剖面Na、K、Ba、Cu、Pb、Fe、Mn分析相对比,发现植硅体对气候湿润程度的反映不如Na、K、Fe敏感,但是比其它指标,如泥炭地发育程度对湿润度的反映,要灵敏得多.区域对比发现,本剖面的植硅体古气候过程存在着区域上的良好响应,对全球变化与区域响应研究起着积极作用.     

西藏拉萨桑达地区第四纪植硅体组合特征

测制西藏拉萨桑达乡第四系剖面,系统采集并分析植硅体样品,根据植硅体的形态分类及组合、温暖指数等特征,划分为5个植硅体组合带:Ⅰ为齿型-平滑棒型、石屑型、网脊块状,反映气温温凉;Ⅱ为长方型-平滑棒型、多面体型,气候转暖;Ⅲ为长方型、齿型-平滑棒型组合带,气候干旱; Ⅳ为长方型-亚铃型、齿型-平滑棒型、多面体型组合带,气候温暖潮湿;Ⅴ为齿型、帽型-平滑棒型、多面体型、石屑组合带,显示气候寒冷。探讨拉萨桑达地区第四纪古植被 、古环境。     

东北地区泥炭表层沉积中植硅体分布特征

表土沉积物中的植硅体分析是了解第四纪沉积物中植硅体组成的重要途径,也是重建第四纪古环境的基础。对东北地区跨越3个气候带、6个地区的41处泥炭地表土中的植硅体进行提取,鉴定出东北泥炭表土中主要发育哑铃型、扇型、鞍型、方型、长方型、梯型、尖型、帽型、齿型、棒型和其它等11种植硅体类型。分析显示,它们的分布与纬度、地形和温热条件具有明显关系,即哑铃型、鞍型、扇型、方型、长方型和梯型植硅体随纬度和海拔较高而含量较小,其余类型反之;较高温度条件对应扇型、哑铃型植硅体含量较高,较高湿度对应扇型植硅体含量较高。     

长白山北坡垂直植被带表土植硅体组合研究

长白山垂直分布的植被是欧亚大陆从温带到寒带植被水平地带性的缩影。对其北坡不同海拔高度植被带土壤中的植硅体进行初次研究,结果发现,该山北坡海拔700m到2630m的土壤中发育了形态和数量丰富的植硅体。不同植被带植硅体组合的含量各不相同,主要特征表现为随海拔升高示冷型的植硅体含量整体呈上升趋势,而示暖型的植硅体含量整体呈下降趋势。温泉附近土壤中的植硅体则表现出明显的与其上下相邻地点不同的特点。它对中国东北第四纪沉积物中植硅体组合的研究及第四纪古植被和古环境的重建可提供重要的基础性资料。     

网纹红土中的植硅石组合及其环境意义的初步研究

长江中下游地区网纹红土中的古气候记录，在第四纪全球变化研究中具有十分重要的意义，阐述了江西修水网纹红土的岩性特征和形成时代，重点讨论了网纹红土中的植硅石及其古气候信息，根据植硅石形态的环境意义，结合因子分析，将修水剖面网纹红土所含的植硅石划分为１２个组合带。并将其与黄土－古土壤气候旋回和深海氧同位素气候旋回进行了对比，提出网纹红土也是第四纪全球变化的良好信息载体。     

东海嵊山岛风尘黄土中的植物硅酸体与环境研究

东海岛屿风尘黄土地层的存在是下蜀黄土在东部的继续与延伸，红外释光测年（IRSL）表明，东海嵊山岛黄土剖面形成年代约为50－10kaBP，即形成于晚更新世末次冰期期间；植物硅酸体分析发现该剖面样品含有丰富的禾本科植物硅酸体化石，且在剖面中变化较大，在对植物硅酸体进行分类的基础上，运用了判别分析、冷暖比值判别和古植被类型判别的方法，对植物硅酸体所反映的古环境进行了分析，将岛屿风尘地层中的植物硅酸体划分为7个变化阶段，反映了岛屿黄土堆积期的7次气候变化过程，探讨了该地区末次冰期期间古环境、古气候变迁特征，发现该剖面沉积期间主要为干冷的草原环境且经过了一系列冷－暖气候变迁。