第9章-全球气候变化分析.ppt

第9章地球变暖，9.1过去的气候变化9.2最近的气候变化9.3人类活动对气候变化的影响9.4现在的地球变暖研究，9.1过去的气候变化，1 .地质时代的气候变化2 .第四纪气候变化3 .全新世气候变化4 .历史时代的气候变化5 .测量时期的气候变化6 .气候变化的原因梅三次、冷、暖、干、湿、地质时代气候变化特征：冰期和间冰期交替。 想想：恐龙繁盛时期的气候有什么特征？高温干燥、冷、暖、干、湿、地质时代的气候变化特征：变动变化、冷温干湿交替、变化周期的长短不同。 虽然温暖期长、寒冷期短的湿润期和干燥期交替，但中生代以干燥为主，新生代以湿润为主。 第四纪气候、(一)第四纪冰川发育概况第四纪气候以世界性寒冷为最显着特征，表现出冰川作用的盛衰和气候带的移动，即冰期和间冰期的交替。 在第四纪冰期绝顶时，世界大陆面积的20%到30%是冰河霸盖，据弗林特估计，总面积达到44.38106平方公里，但现在只有10%的面积被冰河霸盖。 第四纪冰期的出现，明显地改变了地球上的自然面貌，大陆和海洋都发生了一系列大的变化。 其中影响最大的是生物界，表现为喜冷生物群的发展和分布区的扩大。 另外，冰川形成了陆地表面，引起了世界性的海面升降和海陆轮廓的变化等。 第二、第四纪气候变化的证据，(一)岩性证据风化作用的性质和强度、沉积物差异程度等方面可反映旧气候。 冰碛物是冰川作用的产物，是寒冷气候的标志，能恢复旧冰川的规模。 红色风化壳、含铁锰的沉积是在炎热潮湿的气候下形成的。 矿物的风化程度和矿物的组合也反映了形成时的气候。 黄土和古土壤黄土是寒冷气候的标志，古土壤是温暖气候的标志。 黄土层和旧土壤层构成了气候变化的周期。 黄土高原的黄土夹着20层以上的古土壤(埋藏土壤)，这说明第四纪期间有20次以上的气候的冷温变化。 从黄土研究和深海沉积研究中得到的气候变化曲线可以比较。 红带是古土壤温湿气候黄色带是黄土干冷气候、渭南黄土剖面、黄土古土壤记录，欧洲和北美有第四纪黄土堆积，我国黄土高原地区还分布着数百米厚的第四纪黄土。 利用已知我国黄土和古土壤序列在陆地上连续性最好、是与深海沉积序列很好对比的沉积物的黄土和古土壤序列重建过去的全球变化，是我国世界上独特的研究领域之一。 黄土成因研究的简单历史，1930初期，杨钟健等人开始研究中国黄土，把华北后期更新世黄土定为典型的风力沉积物，并研究了马兰黄土(刘东生等，1985 ) 1980以前主要是第四纪黄土的分布成因和地层划分。 后期更新世黄土的系统研究很少。 1980以后，刘东生、安透明生、李吉均等引进了新的手段和方法，在黄土和古土壤的年代测定、地层划分、环境形成等方面进行了很多研究。 取得了成果：后期更新世黄土地层包含了最后的间冰期冰期回旋中环境变迁的许多信息。 发现后期更新世黄土中夹有古土壤层，从马兰黄土中的古土壤层中获取了大量的环境变化信息和年代测定数据，建立了多种气候替代指标。 黄土沉积特征，第四纪黄土沉积以黄土层和古土壤层交替沉积为特征。 黄土层的形成反映了风尘沉积作用过程，古土壤层的形成反映了土作用过程。 风尘沉积作用大于成土作用时形成黄土层，相反形成古土壤层。 黄土堆积对应于寒冷的冰期，古老的土壤对应于相对温暖的间冰期。我国黄土主要分布在干旱沙漠地带的外缘，黄土堆积时期是当地干旱寒草原环境，而古土壤发育时期与温暖的森林草原环境相对应。 黄土和古土壤层的交替变化是第四纪冰期-间冰期环境周期性变化的反映。 根据黄土层的风化程度和古土壤的发育程度的不同，推测环境的时期的差异。 黄土古土壤序列是目前已知的唯一可以与深海氧同位素记录对比的陆地沉积物。 两者有很好的对应关系。 黄土地层的排列及其年代，黄土层：一般为灰色黄色，质均匀，没有明显的结构。 古土壤层：为红色，具有明显的土壤结构和土壤发育水平。 研究从黄土层为l、古土壤层为s、重要的气候替代指标为黄土-古土壤序列中提取的显示古气候、古环境变化的重要指标是1、粒度2、CaCO3含量3、有机碳含量(TOC-总量) 4、总氧化铁含量5、黄土地层中的生物残留、1、粒度：反映黄土粗细的指标对我国来说，1960年代，刘东生等人推测黄土高原马兰黄土的粒度分布呈从西北向东南逐渐减少的趋势，这种分布与现代西北季风和现代沙尘暴的天气移动途径完全一致，黄土是来自西北沙漠的风尘沉积物。 黄土断面粒度的大小与西北季风的强弱直接相关。 2CaCO3的含量是易溶盐类，在二次风化改造过程中变化显着，可作为探索大气降水和湿润程度的指标。 研究表明，CaCO3在黄土层中含量高，在古土壤层中含量低。 在黄土堆积时期，在干燥少的雨的环境下，CaCO3被土层湿润少，堆积多，因此含量高。 在旧土壤堆积的时期，环境潮湿多雨，大量的CaCO3湿润，因此含量低。 CaCO3在古土壤断面堆积的深度变化也可以作为测量气候湿润度的指标。 这对推测黄土地区过去的全球变化有着重要的意义。 3、有机碳含量(TOC-总量)黄土中有机碳含量(TOC-总量)与沉积后的生物气候环境有着密切的关系，可以作为气候变化的替代指标。 例如，渭南断面有机碳的平均含量： 0.26%在古土壤层中的含量高，0.3%0.64%黄土层中的含量明显低，0.04%0.45%全断面有机碳含量曲线的峰值与古土壤层相对应地良好，在古土壤层温暖潮湿、生物繁茂的时期形成因为冰斗形成在雪线附近，所以可以通过古冰斗恢复古雪线的位置，计算温度下降值。 通过多层冰斗、u型谷的堆积，冰碛物的分层等现象可以恢复冰川作用序列。 2、冰缘地形能根据冰缘地形恢复冰河的作用范围。 在浙江新昌县天淑山麓发现了中国最大的第四纪冰河石河遗址万马渡冰石河。 在当地持续了3公里的万马渡河谷，发现了冰川漂流、冰碛亩等第四纪冰帽冰川遗迹。 万马渡冰石河第四纪冰河遗址冰砷砾，3 .沙漠的进化(扩大、收缩)沙漠是干燥气候的产物。 随着气候干湿的变化，沙漠的范围也发生变化，气候干燥时扩大，湿润时缩小。 4、内陆湖的演化一般表示高湖面雨期，低湖面表示间雨期。 湖底沉积和湖附近地层断面的研究可以恢复古气候。 5、海面变化海面变化可分为地动型和水动型，地动型海面变化是局部的，反映了新的构造运动。 水动型海面变化是世界性的，反映了气候变化。 世界低海面代表冰期，世界高海面代表间冰期。 在第四纪冰期的最盛期，海面比现在低120130米。 (3)生物化石的证据、生物的生存和发展对气候条件有比较严格的要求，气候条件发生变化，它们的生存和发展不仅受到影响和限制，还会引起和淘汰生物的变种。各种生物有适应气候变化的能力。 生物分为喜热性生物群、喜温性生物群和喜寒性生物群。 不同的生物群分布在不同的气候地区。 地层中的化石和现代生物群的对比，可以恢复第四纪各时期的气候变化情况。 花粉分析孢子是孢子植物的繁殖细胞，花粉是种子植物的繁殖细胞。 花粉体积小(直径10100m )产量多(一朵桦树花67000粒)外壁坚固，可以长期保存。 通过地层断面的花粉组合恢复古植被，然后恢复古气候。 2、树木的年轮学研究，树木的年轮是树木周期性增长的结果。 由于受温度和湿度影响和控制的气候条件不同，植物的生长速度不同，年轮的宽度也不同。 树木年轮宽度的变化可以作为反映气候变化的指标。 树木年轮记录，树木年轮是树木形成层周期性生长的结果。 在温暖或潮湿的季节树木生长迅速，细胞大细胞壁薄，形成亮色早材的寒冷或干燥的季节树木生长缓慢，细胞小细胞壁厚，形成狭窄暗色的晚材。 把早材和晚材合起来做成年轮。 通常，树木每年都在外面生长年轮。 树木年轮能够提供时间分辨率为年或季度的全球变化信息，是重建几十到几百年规模的全球变化的最重要信息源之一。 树木的年轮指标，1 .年轮宽度：反映树木的成长量情况。 其大小与树木的年龄、前期的成长状况、环境等各种因素有关。 在寒冷地区，温度起到主导作用。 低温年年轮窄，高温年年轮宽。 在干燥半干燥区，多雨年年轮宽，少雨年年轮窄。 年轮中的缺轮、假轮等变异轮可用于反映冻害、虫害、火灾等异常环境事件。 2 .年轮密度：反映年轮细胞的大小、细胞壁的厚度和细胞数的多少的量。 分为最大密度、最小密度、平均密度等参数。 比起幅度反映了更多的环境信息。 适合早晚材料颜色差异不明显的地区和年轮宽度变化不明显的地区。 3、树轮c、h、o同位素：它们比的变化反映了温度、降水等气候因素的变化。 4.14C:根据年轮中14C的含量变化估计大气中14C的变化，再估计与大气中14C变化相关的太阳活动和宇宙线变化的历史。 5 .年轮中的化学元素：年轮中的化学元素与当年环境中化学元素的含量相关，根据年轮中化学元素的含量的变化，可以反映环境中化学元素的变化。 6 .火灾伤痕：可用于恢复火灾事件。 3、第四纪哺乳动物群根据哺乳动物群的组合特征恢复古气候。 长毛象代表寒冷气候的棱齿像代表着间冰期的温暖气候。 4 .珊瑚生长在热带海洋，是热带海洋的标志。 5 .海洋微生物的研究包括孔虫、辐射虫、硅藻等。 微体生物的分布与海深、海水温度、盐分、CO2含量有关的硅藻主要分布在冷海。 放射线虫分布在热带海洋。 有孔虫有喜暖有孔虫和喜冷有孔虫。 (四)同位素证据，1947年，尤里(Urey )提出用同位素法可以测定古温度的变化。 氧有16O、17O、18O三种同位素。 空气中的含量各有16O99.759O0.0374% (忽略) 18O0.2039%温度不同，蒸发作用的强度不同，海水中氧同位素的组成也不同。 水分蒸发时，16O和18O逃跑的速度不同。 16O是轻同位素，水分蒸发后逃跑量大。 重量18O丰富在海水中。 每温度变化1C、18O/16O变化0.0023。 因此，温度下降，冰期期间，海水中、海洋堆积物和生物CaCO3壳中，18O相对丰富。 在温度上升期间和冰之间，16O相对丰富。 (5)考古证据显示，中国根据历史文献和考古资料，可以恢复5千年以上的气候变化。我国著名气象学家天竺葵根据考古、物候、历史文献和气象观测资料，详细研究了我国五千年来的气候变化。 3000到1100年的B.C是一个温暖的时期。 西安附近属于背韶文化半坂村遗址(14C56006080aB.P )，河南安阳的殷墟遗址(约14001100年B.C )比现在的年平均温度高2C左右。 1100B.C1400A.D是低温交替的时期，年平均温度有23C的变动。 14001900A.D是寒冷期。 其中最冷的时间是16世纪到17世纪。 1900年以来，是气候变化的时期。 20世纪初，世界气温上升，40年代达到顶点后，气温开始下降。 60年代以后气温下降很大，气候异常现象增加了。早期变暖、中期变暖、晚期变冷、图7-2的全新世温度变化(张丞远1996 )，以1000年为尺度，10