013地球环境及其变迁.ppt

地球环境及其变迁 §1 研究气候变化的现实意义 英国学者估计：平均气温如下降1~2°C，英国中北部农作物生长季节比现在缩短一个月；后果是粮食减产，冬季供暖时间加长，多耗燃料。 相反，如升高1~2°C，会加剧冰盖融化和海平面上升，导致海水入侵和沿海地区地下水盐度增高，危及城市供水和农作物生长。 地面气温升降在地理上是不均衡的，赤道带如增高1°C，高纬度区就要增加10~20°C。将造成全球大气环流和洋流的变化，也将引起生态失衡，给人类生存带来巨大冲击。 §2 大冰期及其成因假说 地球历史中曾多次出现大规模冰期和暖期的交替。最近三次全球性大冰期出现于：第四纪（2-3百万年前 ）、石炭-二叠纪（2.7-3.1亿年前）和晚元古代（约7-7.5亿年前），间隔分别为2.6~3.9亿年（愈新愈短）。 大冰期成因（不符合米兰科维奇学说）的两种常见解释： 1. 黄赤交角大波动（ε = 0 ° ~90°）周期 大冰期时ε=90°，地球发生 冰盖的一极正好背向太阳。 2. 太阳的银河年周期 太阳从远银心点向近银心点运动 速度加快，在惯性影响下，日地距 离增大,地球上接 受太阳热量减少。 银河年并不是等速周期，有愈来愈 快的趋势。 §3 第四纪的冰期旋回 第四纪大冰期内部存在明显的万年级冰期和间冰期冷暖气候交替旋回（符合米兰科维奇学说）。 20世纪初期以阿尔卑斯山冰川为模式建立的4次冰期模式，曾经获得广泛流传。但已证明由于后期冰川作用往往刨蚀破坏前期冰川遗迹，并不能代表第四纪完整的气候变化史。 第四纪完整的古气候高分辨率变化记录(至少24个气候旋回)，已经在太平洋深海钻孔、陕北黄土-古土壤序列和极地冰岩心中获得深入研究，并称为第四纪全球 ( 气候) 变化研究的三大支柱。 记录第四纪以来气候变化的陕北黄土柱 黄土与深海沉积中的冰川旋回 陕北洛川黄土剖面的布容正向极性期（距今0-73万年）中，统计出8层古土壤（S8 -S1）和顶部的全新世黑垆土(S0)。 黄土的成因与干冷的西北风关系密切，代表冰期气候。 红褐色古土壤（粘粒25%）仅发育于湿热化环境，黑垆土代表温湿期森林草原古土壤，代表间冰-冰后期气候。 黄土-古土壤序列中的9个气候事件可以与太平洋深海钻孔中的9个氧同位素（δ18O）气候事件很好对比，都以10万年的短偏心率周期最为明显。 布容期深海钻孔与黄土对比 黄土剖面与深海沉积对比显示同步的冰期、间冰期气候变化注意不同阶段旋回结构特征的突变 §4 是否存在快速的气候突变？ 以往虽发现第四纪存在频繁的冰期、间冰期转换，但认为末次冰期结束后近1万年来的气候变化是相当稳定的，未感到气候突变带来的严峻挑战。 最近得到的极地冰岩心和深海沉积高分辨率记录，显示出在长期的气候逐渐变化过程中，发生过一系列大幅度（±5°C）的突然变化，时间尺度仅有几十到几百年。 这种气候突变不仅发生在最近的冰期（新仙女木事件 ） ，也可发生在冰期末次亚间冰期（海因里奇事件），甚至是典型的间冰期（Eemian 间冰期）内部。 全新世末次冰期 冰后期的新仙女木事件 1. 3万年前末次冰期消退，气候转暖，温带动物群返回北欧和加拿大东北部。北美大陆冰盖迅速融化，形成一个巨大的阿格兹湖，排水通道流向墨西哥湾。 冰后期增温导致湖盆东侧的冰原破裂崩塌，大量淡水突然涌入北大西洋。墨西哥湾却因淡水流入减少而盐度、密度显著增大，墨西哥湾流暖水未到北部就下沉，向高纬度输送的热量减少。北大西洋的大量淡水很快形成海上冰盖，导致重返冰期气候。 新仙女木事件降温幅度 总体变暖背景下 产生一系列温度的 激烈震荡，降温 幅度达到5oC±, 低温持续期延续 500~1000年。 　根据格林兰冰岩心 　和瑞士湖泊沉积物 　中氧同位素含量对比，证明两地发生的降温事件在时间上、幅度上都可以很好对比。 全球洋流转送带模型 大西洋深海洋流循环 间冰期内的气候突然变化 Eemian间冰期(距今12.5万年前)的全球气温比现在高约2oC, 海平面高约5m。就在间冰期的全盛期突然出现持续70年的恶劣天气，温度降幅达到5oC。 事件成因以及到底是区域性或全球性尚待研究。。较流行的解释：间冰期增温导致冰山大规模崩塌，大西洋海水的温度、盐度降低，影响到海洋传送带环流模式突变，所以在总体变暖趋势中出现突然变冷的插曲。 海因里希事件：末次冰期内的气候快速波动 H.Heinrich(1988)在北大西洋（47oN/19oW附近）3个钻孔的深海沉积物研究中，首先发现存在6个气候迅速变冷层。 沉积特征：暖水型有孔虫含量减少，海水盐度降低和粗粒碳酸盐（150μm）碎屑快速堆积。 发生时间：末次冰期之内（90年代测得6个事件层年