风积地层中铁矿物随环境变化及其启示

铁在不同温度和湿度环境中形成不同铁的化合物,如铁的氧化物、氢氧化物、硫化物和碳酸盐等。这些不同种类含铁矿物可以通过磁学方法测量,根据它们含量与比例特征来分析过去地球环境变化。黄土是一种风积形成特殊成因的沉积岩,经过百余年不断争论,才有了“风成”的定论。本文总结概括世界各地的黄土古土壤形成环境与铁矿物特征,得到如下认识：红色古土壤只形成于干旱氧化环境中,但不是所有干旱条件都能够形成红色土;红色土壤中的磁赤铁矿和赤铁矿在湿润氧化和还原环境中不稳定,会渐渐转变成为氢氧化物（褐铁矿）,甚至硫化物（黄铁矿/磁黄铁矿）,导致红色褪去、黄色增加和磁化率降低。现代的河流、湖泊和海洋均为还原环境,沉积物也呈黄、灰、白、绿、黑等还原系列颜色与之对应。将今论古可以推理,过去红色地层极不可能形成于“水成”环境,只能形成于地表透水性良好的干燥氧化环境中。沉积岩除了“水成”和“风成”两个大类环境之外,至少还有一种过渡交互类型需要得到特别认识,如干旱区山间盆地洪积类型（戈壁滩洪积与河流河漫滩等环境）。这类沉积物毫无疑问是洪水搬运形成,因此留下层理等特征;但是洪水消失后,沉积物实际上长期处于地表干燥氧化成土环境,因此兼有水成和成土两种特征。丹霞红层具有水成层理,并同时具有原生红颜色的就是在这样环境中形成的。张掖彩色丘陵,并非湖相水成地层,而主要是风积古土壤地层序列,在长期持续炎热半干旱环境条件下甚至还发育了特殊的厚层石膏土。黄土与环境的深入研究必将对地质学和地理学产生深远的影响,比如黄土研究已经带来地学一些基本概念变化,如：古土壤层并不一定意味着沉积间断;层状沉积岩地层并不一定是“水成”等等。     

江西石城盆地白垩纪地层中成壤特征及古环境分析

白垩纪丹霞红层广泛分布于中国各地,长期被认为是在氧化条件下山间盆地河流湖泊环境中形成,其红色为后期次生氧化所致。本文以武夷山山脉中段西麓江西石城盆地一套白垩纪丹霞红层层序为研究对象,选取盆地中建上村（JSC）、工业园（GYY）和花园村（HYC）3个地点,分别进行详细野外特征观测、采样室内测量、微形态和地球化学分析。HYC红层剖面由粗大砾石和细小砂土混杂堆积,分选差,发育层理但并非完全连续,部分地层之下发育钙结核甚至钙板,属干旱区山间盆地边缘相季节河流沉积;而JSC和GYY两剖面均为质地较均匀的红色粉砂粘土,发育钙结核层或钙质淀积层,属干旱区远离洪积山口的盆地相对中心沉积或者长期高出水面台地的风成沉积序列。各剖面粘化层底部均发现淋溶淀积形成的钙积层（钙板层或钙结核层）;微形态样品显示有粘土充填的根孔,孔隙壁发育红色粘土和胶体,呈光性定向排列,存在成壤碳酸盐多次淋溶淀积成的多层CaCO3结构,均指示成土发生过程;粒度特征显示粘粒含量高（<2μm含量为10.94%）,粒径大小集中分布于2~63μm之间,占65.25%,整体特征与黄土古土壤沉积颗粒相似;石城红层样品存在不同程度元素富集和亏损特征,其中JSC剖面样品常量元素的CIA指数均值为72.95,指示该红层经历了比陕西洛川黄土和甘肃西峰红粘土更强的化学风化,而且地层的红色随地层层理/层次发生深浅变化,是原生颜色,指示沉积物是地表氧化环境,因此认为石城白垩纪红色粘土层与黄土高原第四纪古土壤或新近纪红粘土类似,是长期地表干热氧化环境下形成的红色古土壤。在此基础上,可以根据土壤钙结核发育状况与降水量之间关系、钙结核淀积深度与降水量之间关系、土壤碳酸盐层出现的深度与降水量之间关系和常量元素CIW与降水量之间关系来重建古降水量。     

基于改进的MT-CLIM模型的中高纬低山丘陵区太阳辐射模拟——以小兴安岭为例

将DEM、坡度和坡向作为地形因子,基于ENVI/IDL编写MT-CLIM模型批量处理程序,使用改进MTCLIM模型对小兴安岭地区的地面气象台站进行太阳辐射模拟,并将模拟结果分别与辐射台站实测数据和二次趋势面统计模型进行验证。研究结果表明:从整年上,其与辐射台站的拟合精度R2为0.813 3,其中,夏季模拟太阳辐射日值拟合精度偏低,而其与二次趋势面统计模型拟合精度R2值范围为0.571 3~0.793 3;采用改进的MT-CLIM模型模拟较大区域的太阳辐射,比统计模型具有更好的普适性和高效性,能获得较好的中高纬低山丘陵区模拟效果,且为森林生态过程模型的输入参数研究提供依据。     

亚热带山地垂直地带土壤的磁性特征及其环境响应

土壤中磁性矿物的形成转化对环境变化具有指示意义,定量分析土壤磁性对环境因子的响应机制是目前该领域的重要问题.本文综合相关研究及野外实地考察,采集福建南部亚热带地区戴云山垂直地带相同母质的土壤剖面进行环境磁学和漫反射光谱测试分析.结果表明：研究区土壤剖面中磁铁矿和磁赤铁矿主导其磁性变化,当海拔至1320 m以上,土壤中出现次生纤铁矿.当排除地形的影响后,相关磁学参数指示磁畴颗粒在低海拔区域以SP颗粒为主,而较高海拔区域土壤中以粗SD颗粒为主.漫反射光谱结果表明,研究区土壤中赤铁矿和针铁矿对气候梯度变化较为敏感,其中赤铁矿含量随海拔增加显示出降低趋势,并且至海拔1320 m以上赤铁矿消失而主要以针铁矿和纤铁矿为主.对比加热前后针铁矿和赤铁矿特征峰变化,并进行半定量分析认为,当年均降水量超过1900 mm且年均温低于13℃时达到赤铁矿形成的临界值,而针铁矿和纤铁矿则继续呈增加趋势.本研究论证了赤铁矿、针铁矿及纤铁矿对气候梯度具较强的敏感性,可作为研究低纬区域古环境变化的重要指标.     

基于SPEI的黑龙江省小兴安岭地区干旱影响因子分析

干旱指数是反映气候干旱程度的指标,也是监测和评估干旱事件的有效工具。本文以黑龙江省小兴安岭地区为研究区,基于FAO Penman-Monteith方法估算潜在蒸散,计算了2000—2018年3个时间尺度标准化降水蒸散指数(SPEI)逐月数据;从气象因子、水循环因子、地形因子和地表覆盖变化的4个方面,分析了多时间尺度下干旱和影响因子的关系。结果表明：干旱和降水、相对湿度、水分盈缺呈负相关,干旱和日照时数、风速、潜在蒸散呈正相关;干旱和地形因子的相关性较为复杂;不同地表覆盖类型的干旱差异不明显,但干湿年份之间差异明显。本研究成果将为旱情监测和评估,以及复杂地形的干旱研究提供科学参考。     

CBD方法对天然样品磁性矿物影响

本研究选择川西高原、天山和西伯利亚Kurtak剖面的黄土古土壤样品及亚热带非风成样品进行CBD处理,系统测量并对比处理前后的磁学参数,包括低频磁化率、频率磁化率、非磁滞剩磁、饱和等温剩磁、剩磁矫顽力和热磁曲线(J-T曲线),分析处理前后磁性矿物种类、含量和磁畴的变化.结果表明,CBD方法对于磁性矿物的溶解并无明显的选择性,在温度与反应时间一定的条件下,磁性矿物的溶出量主要受控于其粒径分布.CBD方法可以非常有效地去除具有更大比表面积的细粒(< 1 μm)磁性矿物,同时溶解粗粒(>1 μm)磁性矿物外缘,使其粒径变细.CBD处理后磁化率变化存在多种可能,对于成土作用较强的古土壤,CBD方法可以较为准确地提取成土成因的磁性信息;而干旱和过度湿润条件下的风积黄土,不宜使用CBD方法区分原生与次生磁性矿物.     

加热环境对人工合成磁赤铁矿热磁行为的影响

热磁测量,包括高温磁化率和高温磁化强度测量,是根据热磁曲线转折点的温度(居里点、尼尔点或相变点)鉴定样品中磁性矿物种类的有效方法.本文选取两个人工合成磁赤铁矿样品,利用四种热磁测量仪器分析不同的条件下测得的热磁曲线.依据样品与空气接触程度,将测量环境设为开放、封闭、封闭(通入氩气或氮气)三类.结果表明:热磁测量环境的开放程度对居里点和曲线可逆程度产生极大的影响.封闭环境下测得的居里点较开放环境下的低,分别对应磁铁矿和磁赤铁矿;开放系统的热磁曲线不可逆程度高于封闭系统.造成这些差异的原因是氧化还原条件的不同.本文的磁赤铁矿样品在封闭的条件下,加热至250 ℃左右开始转化为磁铁矿,因此无法通过居里点被正确识别;在开放的氧化环境下,加热的最终产物为赤铁矿,能够测得正确的居里点.本实验结果启发人们:在不同的加热环境下,磁性矿物可能表现出不同的热磁行为,根据单一的热磁曲线,很容易对样品中磁性矿物的种类造成误判.全面对比不同条件下的测量结果,才能够得出更为准确的结果.     

亚热带山地垂直地带土壤的磁性特征及其环境响应

土壤中磁性矿物的形成转化对环境变化具有指示意义,定量分析土壤磁性对环境因子的响应机制是目前该领域的重要问题.本文综合相关研究及野外实地考察,采集福建南部亚热带地区戴云山垂直地带相同母质的土壤剖面进行环境磁学和漫反射光谱测试分析.结果表明：研究区土壤剖面中磁铁矿和磁赤铁矿主导其磁性变化,当海拔至1320 m以上,土壤中出现次生纤铁矿.当排除地形的影响后,相关磁学参数指示磁畴颗粒在低海拔区域以SP颗粒为主,而较高海拔区域土壤中以粗SD颗粒为主.漫反射光谱结果表明,研究区土壤中赤铁矿和针铁矿对气候梯度变化较为敏感,其中赤铁矿含量随海拔增加显示出降低趋势,并且至海拔1320 m以上赤铁矿消失而主要以针铁矿和纤铁矿为主.对比加热前后针铁矿和赤铁矿特征峰变化,并进行半定量分析认为,当年均降水量超过1900 mm且年均温低于13℃时达到赤铁矿形成的临界值,而针铁矿和纤铁矿则继续呈增加趋势.本研究论证了赤铁矿、针铁矿及纤铁矿对气候梯度具较强的敏感性,可作为研究低纬区域古环境变化的重要指标.

     

基于监督分类和DEM提取指数划分古印度黄土分布及其与古文明联系

风成黄土广泛分布于干旱半干旱地区,记录着地球古气候的变化。以粉砂为主的地表黄土分布区结合适量的年降雨量往往形成旱作农业高度发展区,并可能像中国黄河流域那样发展为古文明起源地。古印度也是四大文明古国之一,印度河和恒河平原长期被认为是河流沉积物堆积而成,实地考察发现大面积风成黄土。在大范围实地考察的基础上,以地面采样点的地表光谱特征为认识基础,对古印度地区黄土进行监督分类,并结合基于DEM数据提取的地形位指数、分布指数曲线作为限制条件对监督分类结果进行优化,划分古印度地区的黄土分布范围。结果表明：古印度地区大面积分布的黄土主要位于塔尔沙漠的外围,包括沙漠东南部和南部;马尔瓦高原北部的恒河和亚穆纳河流域地区,以及塔尔沙漠北部和西部的印度河,以及苏特莱杰河流域地区。将古文明城市定居点投影在古印度黄土分布图上,发现古代先民并非逐河而居,而是大部分散居在黄土地上,结合该区域黄土耕地与现代农业的密切联系,能够为古印度文明的发展提供一个新的思考角度。

     

豫南传统村落景观格局及驱动机制——以河南新县丁李湾村为例

传统村落是我国古代居住文化的重要遗产,具有深厚的历史文化底蕴。以国家级传统村落河南省新县丁李湾村为研究对象,结合文献史料和实地访问调查,从形态学视角研究其景观格局特点及影响机制。结果表明:丁李湾村自形成、发展至衰落历经700多年,这其中受自然和当地传统宗族观念等多种因素综合作用影响;丁李湾村完备的山-水-林-田-村景观格局反映出村民尊重自然、因地制宜的生存智慧,其中对风水观念的重视是其创建吉祥家业的重要因素;目前,村落人口空心化现象严重,传统民俗文化日渐衰落,其可持续发展问题亟待解决。