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地球空间场的信息特征(3)

时间:2015-09-21 09:10 来源:地理教师网 作者:云中雪 责任编辑:地理教师
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2.5.3 地球空间记忆信息的基本概念

地理存贮信息或地理记忆信息,是指地理实体所存贮的或记录(Record)的信息,即已经发生过的历史的信息,尤其是环境变迁信息。

存贮或记忆(Memory)本来是人类和动物所特有的功能,后来信息技术,尤其是计算机技术广泛采用了这个术语,现在已扩大到其他领域,如金属记忆(Metal with memory)是50年代由美国科学家首先发现,某些合金可以长期记忆自己在一特定温度时的形状特征,虽然可以把它加工成各种形状,但一到特定温度时,它就会自动恢复变形前的形状,那怕重复千次、万次也十分准确。如钛镍、银镉和锆合金,就具有这种记忆特征。Rafael V.S., Kei Kurita及 Naoyuki Fuii等人将它延伸到其他材料和地质体领域,我国于学馥等人(1993)著有《岩石记忆》一书,阐明了岩体和岩石材料力学的岩石记忆(Rock with memory)的特征,如第二次受力产生的效果受第一次受力的影响,第三次受力的效果,受到第一、第二次受力的影响等。后来一些学者,将记忆的概念进一步延伸到其他领域方面,尤其是环境变迁方面,如赵其国院士(1995)提出了“土壤记忆”的新概念。

地理实体的存贮信息或记忆信息研究是地理科学与信息科学的综合。

1.地质存贮/记忆信息

地质体的物质成分和结构,包括微观和宏观结构状态都在不同程度上存贮了它们形成过程中,或形成以后所经历的古环境变迁,或内外营力变化状况的信息。这些信息都是地质体的历史信息,主要包括:

1)岩石存贮/记忆的信息

岩石的晶体(岩桨岩)或颗粒及其胶结物(沉积岩)的状况,能够提供岩石在形成过程中的信息和形成以后所受到内外营力及环境变迁状况的信息。岩石能提供形成过程中及形成以后数十万年到数亿年的古环境状态的信息。

2)地质构造存贮/记忆的信息

除了岩体有力学特征的存贮或记忆能力外,还有能存贮或记忆各种构造运动信息的特征。例如岩层或岩体的产状、断裂、褶皱及破坏程度等都是存贮了或记忆了所经历的地壳运动及构造营力状态特征的信息。

2.地貌存贮/记忆的信息

地貌形态是由内外营力塑造而成的,它的形态特征存贮了或记忆了所经历的内外营力或环境变信息。例如,由地貌形状可以判断构造营力状况。根据现在温带地区的地貌形态特征,判别是否经历了第四记冰川或冰缘的影响;或根据石灰岩地貌的岩溶特征,可以获得历史时期的气候信息。又如河流的阶地特征,记忆或存贮了构造运动和气候变化状况的信息。

3.第四纪沉积物存贮的信息

第四纪沉积物的成分与结构特征存贮了它的形成过程中的和形成以后的动力状态信息和古环境特征的信息,包括几千年、几万年及数十万年来的气候、生物、水分状态等的信息。

4.土壤的环境变化“记忆”

土壤的不同的空间分布类型,分别记录当地环境变化的状况,土壤层的成分、颜色等反映了当地的气候状况、地貌过程(侵蚀与堆积)、植物状况、动物状况、尤其是微生物状况及土地利用状况等。土壤颜色分别可以指示:红色土表示形成过程中气候炎热多雨,氧化过程强烈;黄色土壤表示气候炎热雨量十分多;黑色土壤,表示气候寒冷多雨,有机质含量特别多;灰色土表示气候寒冷少雨;棕色土示示气候温和少雨。土壤中含有钙质结核者,表示气候温和、雨量适中;土壤含有多碎石等,表示离山较近,属洪积坡积层。赵其国先生(1995)指出:土壤记忆块功能能记录土壤形成时和形成之后的气候、水文、生物和内外营力影响。通过这些记忆信息有利于区别过去和现在的土壤变化,并能预测其发展趋势。

5.树木的环境状况“记忆”

树木年轮的色调及致密程度记录了该年气候的温度和降雨状况。在今天的显微技术下,可以区分出温度降水的季节的变化,树木的年轮是宝贵的气象资料。树木生长的快慢同当年的气温、降水状况密切相关。气温适宜,降水正常,树木长势较快,形成的年轮较宽;遇有大旱或大冷的反常气候,树木生长受限,一形成的年轮就较窄。年轮的宽度和波动的规则与否反映了当年是风调雨顺还是气候异常。气候学家可以据此推测出上千年气候变化的趋势。因此,树龄长的古树木被称为地球气候变迁的活化石或资料库。

树木的形状,包括树干、树枝、树冠的形状,记录了空间环境状况,如“醉树林”记录了岩层、土层蠕动状况。“扫帚树”记录了盛行风向的状况等。

天文学家发现,树木可在自己的年轮中保存太阳大爆发的“记忆”。当太阳黑子发生大爆发时,从太阳表面射出能量巨大的Ⅹ射线、质子和α粒子。虽然这些辐射没有到达地球表面,但辐射作用与高层大气中的氮形成碳化同位素,碳化同位素与氧发生反应产生碳酸气,树木在光合作用过程中将这些碳酸气吸收进入木质部分,而保存在年轮里。科学家只要应用科学方法测量古树木样品,就可以找到大约一万年来太阳大爆发的痕迹。

6.水质存贮的信息

河流、湖泊等的水质状况存贮了流域内的地质条件、地球化学条件及社会经济条件(污染)的信息。含矿物质的水体可能与地质条件有关,例如岩层中含岩盐等信息,也可能存贮了地区的地质历史信息。

2.5.4 地球系统对象记忆的贝尔定律

贝尔定律是生物学,主要是动物学中的遗传或演化过程的著名定律。该定律主要说明在动物和胚胎发育过程中,再现了动物演化的过程。这也是一种记忆信息的特殊形式。

贝尔定律是信息的全息重演和信息的记忆。杨占生(1997)提出,生命的胚胎发育史简单地重复了由低级动物到高级动物发育的历史过程。宇宙的信息重演是多种多样的,它不仅包含在生命科学中,而且也普遍存在于宇宙的各领域中,人类经济生活也不例外,世界总是在不断的信息重演中进化。他还指出,一切生物遗传现象也是信息重演和信息记忆的一种形式。


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