全球變化第二章全球變化的主要過程與驅(qū)動力

1、第二章第二章 全球變化的主要過程與驅(qū)動力全球變化的主要過程與驅(qū)動力第一節(jié) 全球變化的主要過程一、氣候系統(tǒng)與水文循環(huán)過程物理氣候系統(tǒng)由大氣、海洋、冰雪、陸地表面和生物圈所組成。如果氣候系統(tǒng)的能量收支與時空分布的平衡受到破壞，將導(dǎo)致氣候變化。（一）地球表面的能量收支平衡與溫室效應(yīng)（二）大氣和海洋環(huán)流（三）水文循環(huán)全球水文循環(huán)過程圖全球水文循環(huán)過程圖（通量單位（通量單位10101515kg/akg/a，各源匯中水量占全球總，各源匯中水量占全球總水量用百分比表示。水量用百分比表示。MooreMoore，19961996） 地球水體分為淡水和咸水，淡水主要來自陸地冰雪，占43 4001015kg；咸水主

2、要貯存于深海，為89000103km3。全球水分循環(huán)主要是通過地表徑流與河流、蒸發(fā)、風(fēng)和降水等作用實現(xiàn)循環(huán)。 全球水循環(huán)圖反映了以下特點：全球水循環(huán)圖反映了以下特點： （1 1）全球）全球97%97%的水在海洋，的水在海洋，86%86%的水是海洋蒸發(fā)的，大氣的水是海洋蒸發(fā)的，大氣從海洋上空攜帶水汽輸往陸地，以降水形式落下，以冰雪堆積從海洋上空攜帶水汽輸往陸地，以降水形式落下，以冰雪堆積在陸地表面的在陸地表面的43 40043 40010103k3km m3 3水量超過了地下水水量。水量超過了地下水水量。 （2 2）陸地水分通過植物蒸騰和地表蒸發(fā)回到大氣，有些）陸地水分通過植物蒸騰和地表蒸發(fā)回到

3、大氣，有些還存在于土壤表面。還存在于土壤表面。 （3 3）植物在水循環(huán)中通過截流、根部吸收和以蒸騰方式）植物在水循環(huán)中通過截流、根部吸收和以蒸騰方式把水分送回大氣。由于植物種類不一樣，對水分循環(huán)作用也不把水分送回大氣。由于植物種類不一樣，對水分循環(huán)作用也不一樣，例如森林和草原在水分循環(huán)中作用是不同的，因此植物一樣，例如森林和草原在水分循環(huán)中作用是不同的，因此植物本身也使得全球水分循環(huán)不均。本身也使得全球水分循環(huán)不均。 海洋在全球變化中的作用海洋在全球變化中的作用由于全球由于全球97%97%的水在海洋，因此海洋在全球變化中的作用極其的水在海洋，因此海洋在全球變化中的作用極其巨大。海洋在全球變化中

4、的作用主要表現(xiàn)在以下幾方面。巨大。海洋在全球變化中的作用主要表現(xiàn)在以下幾方面。 （1 1）在水和能量循環(huán)方面：）在水和能量循環(huán)方面：貯存了全球貯存了全球97%97%的水量；的水量；貢獻(xiàn)了全球貢獻(xiàn)了全球86%86%的蒸發(fā)量；的蒸發(fā)量；吸收了吸收了70%70%以上到達(dá)地球表面的太以上到達(dá)地球表面的太陽能量。陽能量。 （2 2）在生物地球化學(xué)循環(huán)方面：）在生物地球化學(xué)循環(huán)方面：貯存了地球上非沉積貯存了地球上非沉積的的90%90%以上的以上的C C和和N N；吸收了至少一半以上人為排放的吸收了至少一半以上人為排放的COCO2 2；海洋環(huán)流決定了全球海洋環(huán)流決定了全球C C輸送的時空分布和收支的基本特征

5、；輸送的時空分布和收支的基本特征；上層海洋的垂直混合運動決定了全球變化的大的循環(huán)過程。上層海洋的垂直混合運動決定了全球變化的大的循環(huán)過程。 二、固體地球系統(tǒng)與巖石圈循環(huán)過程（一）板塊運動過程（二）陸上風(fēng)化與侵蝕堆積過程（三）海洋沉積過程三、生態(tài)系統(tǒng)與生物地球化學(xué)循環(huán)過程全球碳循環(huán)（全球碳循環(huán)（IPCCIPCC，19961996） 大氣中及溶解在河流、湖泊和海洋等水體中的大氣中及溶解在河流、湖泊和海洋等水體中的COCO2 2，是，是可供生物圈利用的主要無機碳源，陸上植物和海洋浮游植可供生物圈利用的主要無機碳源，陸上植物和海洋浮游植物等有機物通過對物等有機物通過對COCO2 2的光合作用而捕獲太陽

6、能為生物圈提的光合作用而捕獲太陽能為生物圈提供能量，同時使得碳進(jìn)入生物圈，并向大氣提供氧氣。供能量，同時使得碳進(jìn)入生物圈，并向大氣提供氧氣。 在無機環(huán)境中，碳主要以在無機環(huán)境中，碳主要以COCO2 2或者碳酸鹽和重碳酸鹽或者碳酸鹽和重碳酸鹽的形式存在。生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán)基本上是伴隨著光合、的形式存在。生態(tài)系統(tǒng)中的碳循環(huán)基本上是伴隨著光合、呼吸和分解過程進(jìn)行的，在較長的時間尺度上，地質(zhì)因素呼吸和分解過程進(jìn)行的，在較長的時間尺度上，地質(zhì)因素對于碳循環(huán)也是重要的，因為貯存在沉積巖中的大量碳對于碳循環(huán)也是重要的，因為貯存在沉積巖中的大量碳( (煤、石油和天然氣等煤、石油和天然氣等) )是生態(tài)系統(tǒng)在過去

7、年代中所固定的，是生態(tài)系統(tǒng)在過去年代中所固定的，它們暫時退出了生物圈活躍的生物地球化學(xué)循環(huán)。自然界它們暫時退出了生物圈活躍的生物地球化學(xué)循環(huán)。自然界碳的活動貯存庫主要是海洋、大氣和有機體。碳的活動貯存庫主要是海洋、大氣和有機體。 在全球尺度上，碳的交換隨季節(jié)而變化，這可以從北半球在全球尺度上，碳的交換隨季節(jié)而變化，這可以從北半球大氣大氣COCO2 2含量的季節(jié)波動看出。在夏季，初級生產(chǎn)者通過光合含量的季節(jié)波動看出。在夏季，初級生產(chǎn)者通過光合作用對大氣作用對大氣COCO2 2的固定量超過動、植物呼吸作用和微生物分解的固定量超過動、植物呼吸作用和微生物分解作用歸還給大氣的作用歸還給大氣的COCO2

8、 2量，在曲線上形成波谷；冬季則正好相量，在曲線上形成波谷；冬季則正好相反，形成波峰。相似的波動也發(fā)生在晝夜之間，晝?yōu)椴ü?，夜反，形成波峰。相似的波動也發(fā)生在晝夜之間，晝?yōu)椴ü?，夜為波峰。盡管存在季節(jié)和晝夜的波動，就全年而言，光合作用為波峰。盡管存在季節(jié)和晝夜的波動，就全年而言，光合作用所固定的碳量與呼吸和分解作用所排放的碳量仍大致保持著平所固定的碳量與呼吸和分解作用所排放的碳量仍大致保持著平衡狀態(tài)。衡狀態(tài)。 夏威夷冒納羅亞觀象臺大氣夏威夷冒納羅亞觀象臺大氣COCO2 2含量的測量結(jié)果含量的測量結(jié)果（KumpKump L.R.et al.,1999 L.R.et al.,1999） 然而，在不

9、斷加劇的人類活動的驅(qū)動下，特別是使用化石然而，在不斷加劇的人類活動的驅(qū)動下，特別是使用化石燃料和大規(guī)?？撤ド炙斐傻奶嫉呐欧?，正在引起自然界碳燃料和大規(guī)?？撤ド炙斐傻奶嫉呐欧?，正在引起自然界碳循環(huán)自組織系統(tǒng)的失穩(wěn)。據(jù)估計，每年約有循環(huán)自組織系統(tǒng)的失穩(wěn)。據(jù)估計，每年約有5 510101515g g的碳通過的碳通過化石燃料的燃燒排入大氣圈，其中約化石燃料的燃燒排入大氣圈，其中約50%50%保留在大氣圈中，近保留在大氣圈中，近一半溶解在海洋中，只有很少的量增加到陸地生物量中。此一半溶解在海洋中，只有很少的量增加到陸地生物量中。此外，砍伐森林造成的土壤裸露以及木材燃燒每年向大氣圈排放外，砍伐森林

10、造成的土壤裸露以及木材燃燒每年向大氣圈排放(1(12)2)10101515g g的碳。這些逐年增加的碳排放量很可能是引起的碳。這些逐年增加的碳排放量很可能是引起全球大氣全球大氣COCO2 2含量增加的主要原因。在夏威夷的觀測結(jié)果表含量增加的主要原因。在夏威夷的觀測結(jié)果表明，明，19581958年大氣二氧化碳的平均含量約為年大氣二氧化碳的平均含量約為3153151010-6-6 ；到了；到了19951995年，已達(dá)到約年，已達(dá)到約3583581010-6-6，其增長的趨勢十分顯著，平均，其增長的趨勢十分顯著，平均每年增加約每年增加約1.21.21010-6-6。 大氣中大氣中COCO2 2濃度逐

11、漸增加的事實表明，海洋對濃度逐漸增加的事實表明，海洋對COCO2 2的調(diào)的調(diào)節(jié)能力是有限的。可以設(shè)想，如果人類繼續(xù)增加化石燃料節(jié)能力是有限的?？梢栽O(shè)想，如果人類繼續(xù)增加化石燃料的使用量和森林的砍伐量，海洋吸納的使用量和森林的砍伐量，海洋吸納COCO2 2的能力終將會被的能力終將會被耗盡，那時，更大部分的耗盡，那時，更大部分的COCO2 2將被保留在大氣圈中，必然將被保留在大氣圈中，必然會導(dǎo)致更為顯著的溫室效應(yīng)加劇、全球變暖和海平面上升會導(dǎo)致更為顯著的溫室效應(yīng)加劇、全球變暖和海平面上升等一系列人類生存環(huán)境的變化。等一系列人類生存環(huán)境的變化。第二節(jié)第二節(jié) 全球變化的驅(qū)動力全球變化的驅(qū)動力按照全球變

12、化驅(qū)動力的來源，可以將驅(qū)動因素分為三種類型：地球外因素，地球內(nèi)力因素以及地球系統(tǒng)自身相互間的影響和反饋。一、驅(qū)動全球變化的地球外力因素一、驅(qū)動全球變化的地球外力因素 地球的環(huán)境狀態(tài)與太陽有密切的關(guān)系，同時受到其他天體的深刻影響。影響是多方面的，其中受關(guān)注較多的是太陽輻射輸出變化，受其他天體的引力作用產(chǎn)生的地球運動軌道參數(shù)的改變，以及小行星和彗星等天體對地球的撞擊等。（一）太陽活動（一）太陽活動 太陽輻射直接驅(qū)動了發(fā)生在地球表面的各種過程。太陽輻射太陽輻射直接驅(qū)動了發(fā)生在地球表面的各種過程。太陽輻射的變化改變了到達(dá)大氣頂層的能量，并通過影響物理氣候系統(tǒng)的的變化改變了到達(dá)大氣頂層的能量，并通過影響

13、物理氣候系統(tǒng)的能量收支平衡導(dǎo)致氣候變化，進(jìn)而引起全球變化。能量收支平衡導(dǎo)致氣候變化，進(jìn)而引起全球變化。 太陽是一顆不斷演化的恒星，太陽的輻射輸出是隨著太陽年太陽是一顆不斷演化的恒星，太陽的輻射輸出是隨著太陽年齡的增長而變化的，在地球誕生之初的齡的增長而變化的，在地球誕生之初的4545億年前，太陽的輻射輸億年前，太陽的輻射輸出較現(xiàn)代低出較現(xiàn)代低30%30%，在此后的，在此后的4545億年歷史中，太陽的輻射輸出不斷億年歷史中，太陽的輻射輸出不斷增加到現(xiàn)代水平。除太陽輻射的長期變化外，發(fā)生在增加到現(xiàn)代水平。除太陽輻射的長期變化外，發(fā)生在10a10a100a100a時間尺度上的太陽活動更為引人注意。時

14、間尺度上的太陽活動更為引人注意。太陽活動是太陽表面上一切擾動現(xiàn)象的總稱。主要包括：發(fā)太陽活動是太陽表面上一切擾動現(xiàn)象的總稱。主要包括：發(fā)生在光球表面的黑子、光斑，發(fā)生在色球?qū)拥淖V斑、耀斑，以及生在光球表面的黑子、光斑，發(fā)生在色球?qū)拥淖V斑、耀斑，以及日珥、日冕等。一般用黑子活動代表太陽活動，黑子越多，太陽日珥、日冕等。一般用黑子活動代表太陽活動，黑子越多，太陽活動越強，其他太陽活動都和黑子活動呈同步變化，太陽常數(shù)的活動越強，其他太陽活動都和黑子活動呈同步變化，太陽常數(shù)的短期變化也與黑子的變化一致短期變化也與黑子的變化一致。太陽黑子活動引起太陽輻射質(zhì)和量的變化，太陽活動高峰期太陽黑子活動引起太陽輻

15、射質(zhì)和量的變化，太陽活動高峰期能夠引起太陽紫外輻射和微粒輻射的極大增加。一些地球物理現(xiàn)能夠引起太陽紫外輻射和微粒輻射的極大增加。一些地球物理現(xiàn)象，如極光、磁暴、電離層擾動等可間接反映太陽活動。太陽活象，如極光、磁暴、電離層擾動等可間接反映太陽活動。太陽活動高峰年份，與太陽微粒輻射密切相關(guān)的極光現(xiàn)象明顯增加；對動高峰年份，與太陽微粒輻射密切相關(guān)的極光現(xiàn)象明顯增加；對樹木年輪中的樹木年輪中的1414C C測量的結(jié)果表明，測量的結(jié)果表明，太陽活動強時，太陽活動強時，1414C C含量低；含量低；反之，反之，1414C C含量高，含量高，可能是由于強磁場使宇宙射線偏離了地球。可能是由于強磁場使宇宙射線

16、偏離了地球。觀測的結(jié)果表明，觀測的結(jié)果表明，紫外輻射對臭氧層有強烈影響，太陽活動高峰紫外輻射對臭氧層有強烈影響，太陽活動高峰期臭氧層變厚并且升溫，期臭氧層變厚并且升溫，哥倫比亞大學(xué)的哥倫比亞大學(xué)的ShindellShindell等人等人(1999)(1999)提提出，臭氧在很大程度上放大了太陽活動周期的效應(yīng)，其模型表明，出，臭氧在很大程度上放大了太陽活動周期的效應(yīng)，其模型表明，首先是太陽輻射增加，加速平流層中臭氧的生成，然后臭氧的增首先是太陽輻射增加，加速平流層中臭氧的生成，然后臭氧的增加引起溫室效應(yīng)，進(jìn)一步加熱平流層，此后熱流傳遞至對流層。加引起溫室效應(yīng)，進(jìn)一步加熱平流層，此后熱流傳遞至對流

17、層。兩個大氣層的耦合作用十分重要，可能是太陽活動影響氣候的一兩個大氣層的耦合作用十分重要，可能是太陽活動影響氣候的一個中間環(huán)節(jié)，使得只有個中間環(huán)節(jié)，使得只有0.1%0.1%、而且只是直接影響上層大氣的太陽、而且只是直接影響上層大氣的太陽輻射變化，成為影響地球氣候變化的因素。輻射變化，成為影響地球氣候變化的因素?，F(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，太陽黑子活動在現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)，太陽黑子活動在10a10a100a100a尺度上均存在顯著的尺度上均存在顯著的周期變化。如周期變化。如11a11a的沃爾夫周期、的沃爾夫周期、22a22a的海爾周期、的海爾周期、80a80a的世紀(jì)周的世紀(jì)周期、期、180a180a的雙世紀(jì)周期等。根據(jù)歷史

18、記載可以追溯上千年的太陽的雙世紀(jì)周期等。根據(jù)歷史記載可以追溯上千年的太陽活動歷史，樹木年輪中活動歷史，樹木年輪中1414C C含量的變化更提供了長達(dá)含量的變化更提供了長達(dá)5ka5ka，甚至，甚至9ka9ka的太陽活動的記錄的太陽活動的記錄 ，進(jìn)而從過去，進(jìn)而從過去5ka5ka太陽活動的歷史中區(qū)分太陽活動的歷史中區(qū)分出若干異常時期。極地的硝酸鹽是太陽微粒輻射與極地大氣相互出若干異常時期。極地的硝酸鹽是太陽微粒輻射與極地大氣相互作用的產(chǎn)物，在太陽活動弱的時期極地冰雪中硝酸根離子的含量作用的產(chǎn)物，在太陽活動弱的時期極地冰雪中硝酸根離子的含量也低，利用保存在南極冰芯中的硝酸鹽可以將太陽活動的歷史追也低

19、，利用保存在南極冰芯中的硝酸鹽可以將太陽活動的歷史追溯到幾萬年前。根據(jù)樹木年輪中溯到幾萬年前。根據(jù)樹木年輪中1414C C含量的變化和極地冰芯中含量的變化和極地冰芯中1010BeBe的變化可以識別出的變化可以識別出2 22.5ka2.5ka的太陽活動周期變化。的太陽活動周期變化。太陽活動的歷史記錄太陽活動的歷史記錄（王紹武，（王紹武，19941994） 表表2-12-150005000年來太陽活動異常時期年來太陽活動異常時期編號編號名稱名稱可能時間范圍可能時間范圍編編號號名稱名稱可能時間范圍可能時間范圍1 1現(xiàn)代極大現(xiàn)代極大1780A.D.1780A.D.現(xiàn)代現(xiàn)代7 7希臘極小希臘極小4 4

20、0 B . C .4 4 0 B . C . 360B.C.360B.C.2 2蒙德爾極小蒙德爾極小1 6 4 0 A . D .1 6 4 0 A . D . 1710A.D.1710A.D.8 8荷馬極小荷馬極小8 2 0 B . C .8 2 0 B . C . 640B.C.640B.C.3 3施帕雷爾施帕雷爾極小極小1 4 0 0 A . D .1 4 0 0 A . D . 1510A.D.1510A.D.9 9埃及極小埃及極小1 4 2 0 B . C .1 4 2 0 B . C . 1260B.C.1260B.C.4 4中世紀(jì)極大中世紀(jì)極大1 1 2 0 A . D .1 1

21、 2 0 A . D . 1280A.D.1280A.D.1010石柱極小石柱極小1 8 7 0 B . C .1 8 7 0 B . C . 1761B.C.1761B.C.5 5中世紀(jì)極小中世紀(jì)極小6 4 0 A . D .6 4 0 A . D . 710A.D.710A.D.1111金字塔金字塔極大極大2 3 7 0 B . C .2 3 7 0 B . C . 2060B.C.2060B.C.6 6羅馬極大羅馬極大20B.C.20B.C.80A.D.80A.D.1212蘇美爾蘇美爾極大極大2 7 2 0 B . C .2 7 2 0 B . C . 2610B.C.2610B.C.（

22、二）米蘭柯維奇天文理論（二）米蘭柯維奇天文理論 1.地球軌道參數(shù)的變化 偏心率、黃赤交角和歲差這些地球的軌道參數(shù)都是隨時間變化的，它們的變化均會導(dǎo)致地球接受太陽輻射的季節(jié)和地區(qū)分布的變化。 地球軌道參數(shù)變化及其引起的地球接收太陽輻射地球軌道參數(shù)變化及其引起的地球接收太陽輻射的變化的變化 地球繞太陽運轉(zhuǎn)的軌道呈橢圓形，太陽位于橢圓地球繞太陽運轉(zhuǎn)的軌道呈橢圓形，太陽位于橢圓軌道的一個焦點上，軌道偏離正圓的程度就是地球軌軌道的一個焦點上，軌道偏離正圓的程度就是地球軌道的偏心率。偏心率以道的偏心率。偏心率以1010萬年變化于萬年變化于0.0050.0050.060.06之間，之間，同時還存在同時還存在

23、4040萬年的周期變化。目前的偏心率為萬年的周期變化。目前的偏心率為0.01670.0167，地球分別處于近日點和遠(yuǎn)日點時，日照量的，地球分別處于近日點和遠(yuǎn)日點時，日照量的差別為差別為7%7%，偏心率愈大，差異愈大。，偏心率愈大，差異愈大。 因受太陽和月球的引力作用，使得地球自轉(zhuǎn)像陀因受太陽和月球的引力作用，使得地球自轉(zhuǎn)像陀螺一樣地?fù)u擺，由地軸進(jìn)動引起的黃道和天赤道交點螺一樣地?fù)u擺，由地軸進(jìn)動引起的黃道和天赤道交點的變化就是歲差，其變化周期約的變化就是歲差，其變化周期約21ka21ka（23ka23ka和和19ka19ka兩兩個周期）。歲差導(dǎo)致地球近日點時間的變化，現(xiàn)在地個周期）。歲差導(dǎo)致地球

24、近日點時間的變化，現(xiàn)在地球在球在1 1月位于近日點，全球月位于近日點，全球1 1月日射率稍大于月日射率稍大于7 7月，從而月，從而使北半球冬季稍暖，夏季稍涼，而南半球冬季更冷，使北半球冬季稍暖，夏季稍涼，而南半球冬季更冷，夏季更暖。夏季更暖。10.5ka10.5ka以后，當(dāng)近日點出現(xiàn)在以后，當(dāng)近日點出現(xiàn)在7 7月時，情況月時，情況將相反。將相反。 由于行星的攝動作用，黃赤交角發(fā)生周期由于行星的攝動作用，黃赤交角發(fā)生周期性的變化?，F(xiàn)代黃赤交角是性的變化?，F(xiàn)代黃赤交角是23232727，在幾百，在幾百萬年內(nèi)，黃赤交角的變化范圍為萬年內(nèi)，黃赤交角的變化范圍為2121393924243636，變化周期

25、約，變化周期約40ka40ka。這一變化被比喻。這一變化被比喻為好像船的左右搖擺。黃赤交角影響地球上不為好像船的左右搖擺。黃赤交角影響地球上不同緯度和不同季節(jié)的氣候差異程度的大小，黃同緯度和不同季節(jié)的氣候差異程度的大小，黃赤交角越大，冬季和夏季的差異越大。黃赤交赤交角越大，冬季和夏季的差異越大。黃赤交角變化對極區(qū)影響最大，若黃赤交角減小，極角變化對極區(qū)影響最大，若黃赤交角減小，極地地區(qū)變暖，反之，極地地區(qū)更為寒冷。地地區(qū)變暖，反之，極地地區(qū)更為寒冷。 2. 2.米蘭柯維奇天文理論要點米蘭柯維奇天文理論要點 地球軌道參數(shù)變化可能導(dǎo)致氣候變化的思想可以地球軌道參數(shù)變化可能導(dǎo)致氣候變化的思想可以追溯

26、到追溯到1717世紀(jì)。世紀(jì)。1919世紀(jì)末期科羅爾（世紀(jì)末期科羅爾（James CrollJames Croll）對）對地球軌道參數(shù)變化的影響進(jìn)行了深入的討論，提出地地球軌道參數(shù)變化的影響進(jìn)行了深入的討論，提出地球軌道變化可能影響季節(jié)變化，從而形成冰期。球軌道變化可能影響季節(jié)變化，從而形成冰期。2020世世紀(jì)早期，紀(jì)早期，米蘭柯維奇（米蘭柯維奇（MilankovitchMilankovitch）對地球軌道參）對地球軌道參數(shù)變化的影響進(jìn)行了更深入的研究，提出了第四紀(jì)冰數(shù)變化的影響進(jìn)行了更深入的研究，提出了第四紀(jì)冰期的天文假說（期的天文假說（19201920年），他認(rèn)為偏心率、黃赤交角年），他認(rèn)為

27、偏心率、黃赤交角和歲差的周期變化改變地表的日照量，足以導(dǎo)致冰蓋和歲差的周期變化改變地表的日照量，足以導(dǎo)致冰蓋的大規(guī)模進(jìn)退，是形成第四紀(jì)冰期和間冰期更替的主的大規(guī)模進(jìn)退，是形成第四紀(jì)冰期和間冰期更替的主要原因。要原因。 米蘭柯維奇認(rèn)為夏半年日照量的減少是冰期米蘭柯維奇認(rèn)為夏半年日照量的減少是冰期形成的主要因素。米蘭柯維奇的理論較好地解釋形成的主要因素。米蘭柯維奇的理論較好地解釋了第四紀(jì)冰期了第四紀(jì)冰期- -間冰期變化的驅(qū)動因素，但最初間冰期變化的驅(qū)動因素，但最初因缺乏實證而未被普遍接受。直到因缺乏實證而未被普遍接受。直到19501950年以后，年以后，從深海沉積、巴巴多斯等地的珊瑚礁階地、陸上從

28、深海沉積、巴巴多斯等地的珊瑚礁階地、陸上的黃土沉積等過去環(huán)境變化的記錄中均分別檢測的黃土沉積等過去環(huán)境變化的記錄中均分別檢測出地球軌道參數(shù)變化的幾個特征周期，如出地球軌道參數(shù)變化的幾個特征周期，如0.4Ma0.4Ma、0.1Ma0.1Ma的偏心率周期，的偏心率周期，41ka41ka的地軸傾斜率周期，的地軸傾斜率周期，以及以及23ka23ka和和19ka19ka的歲差周期，反映了第四紀(jì)氣的歲差周期，反映了第四紀(jì)氣候變化與地球軌道參數(shù)變化的高度相關(guān)性，使得候變化與地球軌道參數(shù)變化的高度相關(guān)性，使得米蘭柯維奇的理論得到廣泛接受。米蘭柯維奇的理論得到廣泛接受。 米蘭柯維奇理論雖然比較成功地解釋了第四紀(jì)

29、冰期米蘭柯維奇理論雖然比較成功地解釋了第四紀(jì)冰期- -間冰期的間冰期的變化，但仍存在不少問題。首先它不能解釋冰期建立的機制，即變化，但仍存在不少問題。首先它不能解釋冰期建立的機制，即為什么冰期出現(xiàn)在第四紀(jì)而不發(fā)生在始新世或上新世等其他時期，為什么冰期出現(xiàn)在第四紀(jì)而不發(fā)生在始新世或上新世等其他時期，因此第四紀(jì)冰期的建立可能還受到更長尺度的因素作用。其次，因此第四紀(jì)冰期的建立可能還受到更長尺度的因素作用。其次，從計算結(jié)果來看，地球軌道參數(shù)變化本身所引起的氣候變化比地從計算結(jié)果來看，地球軌道參數(shù)變化本身所引起的氣候變化比地球上實際發(fā)生的全球變化的幅度小得多，因此，在地球軌道參數(shù)球上實際發(fā)生的全球變化

30、的幅度小得多，因此，在地球軌道參數(shù)變化與全球變化之間必然存在一系列的反饋機制使得由地球軌道變化與全球變化之間必然存在一系列的反饋機制使得由地球軌道參數(shù)變化所引起的變化被放大。第三，根據(jù)地質(zhì)記錄發(fā)現(xiàn)，在參數(shù)變化所引起的變化被放大。第三，根據(jù)地質(zhì)記錄發(fā)現(xiàn)，在2.4MaB.P.2.4MaB.P.，19ka19ka和和23ka23ka的歲差周期占主導(dǎo)地位；在的歲差周期占主導(dǎo)地位；在2.4MaB.P.2.4MaB.P.0.8MaB.P.0.8MaB.P.期間，期間，41ka41ka的黃赤交角變化周期為主要周期；而在的黃赤交角變化周期為主要周期；而在0.8MaB.P.0.8MaB.P.以來卻是在三個地球軌

31、道參數(shù)中強度最弱的以來卻是在三個地球軌道參數(shù)中強度最弱的0.1Ma0.1Ma的偏的偏心率周期最為顯著；米蘭柯維奇理論難以解釋為什么會發(fā)生主導(dǎo)心率周期最為顯著；米蘭柯維奇理論難以解釋為什么會發(fā)生主導(dǎo)周期的變化。周期的變化。 地球地球7.47.4億年來經(jīng)歷的四大冰期和三大間冰期示意圖億年來經(jīng)歷的四大冰期和三大間冰期示意圖全球氣候波動旋回的級序全球氣候波動旋回的級序 全球氣候的變化有不同的時間尺度，如108107a、105a、104a、103102a和10a等，從而構(gòu)成了不同的變化級序。 1.108107a尺度具有此尺度的氣候變動稱為大冰期和大間冰期。地球歷史上有過四次大冰期，第四紀(jì)大冰期是其中的一

32、次。這四次證據(jù)比較確鑿的冰蓋活動時期彼此相隔時間約2.5108a3.5108a，這恰好與銀河年（銀河系自轉(zhuǎn)一周的時間）大致相等。因此，有人提出地球歷史上這四大冰期的出現(xiàn)與銀河年引起的氣候大波動有關(guān)，這有待進(jìn)一步研究。 2.105a尺度 具有此尺度的氣候變動稱為冰期和間冰期。第四紀(jì)大冰期通常劃為四個冰期，如歐洲的恭茲、民德、里斯、玉木冰期。這一級序的氣候變動主要受地球偏心率、黃赤交角和歲差這些地球的軌道參數(shù)變化的影響。3.104a尺度 具有此尺度的氣候變動稱為副冰期和副間冰期，又稱冰階(stadial)和間冰階(interstadial)。是疊加于冰期和間冰期之中的次一級氣候波動。冰階是指間冰期

33、的寒冷階段，間冰階是指冰期中的相對溫暖階段。 這一級序的氣候變動主要受地球表層系統(tǒng)各層圈相互作用的影響，包括海陸分布變化對大氣環(huán)流的影響、地面性質(zhì)及粗糙度對反射率的影響、火山活動對大氣混濁度的影響、植物生命活動對大氣成分的影響、人類活動的影響等。4.103102a尺度 具有此尺度的氣候變動稱為小冰期和小間冰期，僅用于冰后期和晚冰期，其他老的冰期中難以細(xì)分。第四紀(jì)中這一級序的氣候變動以人類活動的影響最為重要。5.10a尺度 僅用于近代的氣候?qū)W研究之中。二、驅(qū)動全球變化的地球內(nèi)力因素二、驅(qū)動全球變化的地球內(nèi)力因素地球內(nèi)力對全球變化的驅(qū)動主要通過受地球內(nèi)部過程驅(qū)動地球內(nèi)力對全球變化的驅(qū)動主要通過受地

34、球內(nèi)部過程驅(qū)動的板塊運動而起作用，板塊運動所造成的海陸分布形式的變化、的板塊運動而起作用，板塊運動所造成的海陸分布形式的變化、海底地形與陸地地形的變化、火山活動等，均能引發(fā)進(jìn)一步的海底地形與陸地地形的變化、火山活動等，均能引發(fā)進(jìn)一步的過程，導(dǎo)致全球變化。地球內(nèi)部物質(zhì)的重新分布能夠?qū)е碌貥O過程，導(dǎo)致全球變化。地球內(nèi)部物質(zhì)的重新分布能夠?qū)е碌貥O漂移，也會對全球變化產(chǎn)生影響。漂移，也會對全球變化產(chǎn)生影響。( (一一) )海陸分布變化海陸分布變化 大陸漂移和海底擴張以及與此相關(guān)的海面升降，造成海陸大陸漂移和海底擴張以及與此相關(guān)的海面升降，造成海陸分布格局及海洋和陸地面積對比的變化，陸地的位置和組合關(guān)分

35、布格局及海洋和陸地面積對比的變化，陸地的位置和組合關(guān)系不同，對全球的溫度和降水格局均會產(chǎn)生深刻的影響。系不同，對全球的溫度和降水格局均會產(chǎn)生深刻的影響。圖圖2-32-3理想泛大陸的氣候狀況模擬理想泛大陸的氣候狀況模擬（R. J. HuggettR. J. Huggett，19911991）洋盆形狀與海陸分布格局的變化會導(dǎo)致大洋環(huán)流形洋盆形狀與海陸分布格局的變化會導(dǎo)致大洋環(huán)流形式的變化。大陸分布格局變化使得一些海道開啟，一式的變化。大陸分布格局變化使得一些海道開啟，一些海道閉合，它們所導(dǎo)致的必然結(jié)果就是造成洋流的些海道閉合，它們所導(dǎo)致的必然結(jié)果就是造成洋流的迅速調(diào)整。新生代全球變冷的若干主要階段

36、分別與同迅速調(diào)整。新生代全球變冷的若干主要階段分別與同期若干海道開啟與閉合相對應(yīng)，其中，大約期若干海道開啟與閉合相對應(yīng)，其中，大約50MaB.P.50MaB.P.之時，澳大利亞向北運動形成具有重要意義的南大洋之時，澳大利亞向北運動形成具有重要意義的南大洋通道使得繞極環(huán)流得以建立與發(fā)展，可能是導(dǎo)致南極通道使得繞極環(huán)流得以建立與發(fā)展，可能是導(dǎo)致南極大陸開始變冷并最終發(fā)育成冰川的原因。大陸開始變冷并最終發(fā)育成冰川的原因。海陸分布格局的變化對生物的進(jìn)化也有重要影響，海陸分布格局的變化對生物的進(jìn)化也有重要影響，其中的一個重要方面是大陸解體之后切斷了生物之間其中的一個重要方面是大陸解體之后切斷了生物之間交

37、流的通道，使得生物在各自的大陸上獨立進(jìn)化，助交流的通道，使得生物在各自的大陸上獨立進(jìn)化，助長了生物多樣性的增加。長了生物多樣性的增加。( (二二) )高海拔的山地或高原的隆起高海拔的山地或高原的隆起 洋盆與海陸分布格局的變化及其影響通常發(fā)生在洋盆與海陸分布格局的變化及其影響通常發(fā)生在10106 6a a10107 7a a尺度上，而在尺度上，而在10104 4a a10105 5a a尺度上對全球變化影響最大的板塊尺度上對全球變化影響最大的板塊運動事件是以垂直運動為主的巨地形變化。運動事件是以垂直運動為主的巨地形變化。 高海拔的高原、山地的低溫環(huán)境為冰川和積雪的積累提高海拔的高原、山地的低溫環(huán)

38、境為冰川和積雪的積累提供了大范圍場所，這些冰雪通過反射率的反饋作用成為溫度供了大范圍場所，這些冰雪通過反射率的反饋作用成為溫度升降變化的放大器，增強氣候變化的不穩(wěn)定性，從而對全球升降變化的放大器，增強氣候變化的不穩(wěn)定性，從而對全球變化產(chǎn)生與極地冰蓋性質(zhì)相近的作用。變化產(chǎn)生與極地冰蓋性質(zhì)相近的作用。 高山和高原通過熱力和動力作用對全球大氣環(huán)流運動所高山和高原通過熱力和動力作用對全球大氣環(huán)流運動所產(chǎn)生的深刻影響更為重大。青藏高原和北美西部的山系等均產(chǎn)生的深刻影響更為重大。青藏高原和北美西部的山系等均對近地面行星風(fēng)系的運動乃至結(jié)構(gòu)有強烈的改造作用。北美對近地面行星風(fēng)系的運動乃至結(jié)構(gòu)有強烈的改造作用。

39、北美落基山脈對整個北半球的大氣環(huán)流都有深刻影響，主要表現(xiàn)落基山脈對整個北半球的大氣環(huán)流都有深刻影響，主要表現(xiàn)為大氣駐波作用與對反氣旋運動的阻擋作用。為大氣駐波作用與對反氣旋運動的阻擋作用。( (三三) )火山活動火山活動 從表面上看，火山噴發(fā)只是在極短的時間尺度內(nèi)發(fā)生的局從表面上看，火山噴發(fā)只是在極短的時間尺度內(nèi)發(fā)生的局地事件，但一次火山的噴發(fā)可能需要醞釀幾十甚至上百年的時地事件，但一次火山的噴發(fā)可能需要醞釀幾十甚至上百年的時間，而火山噴發(fā)的影響更具有全球性后果。間，而火山噴發(fā)的影響更具有全球性后果。 強火山爆發(fā)能在平流層下部形成一個持久的含有硫酸鹽粒強火山爆發(fā)能在平流層下部形成一個持久的含有

40、硫酸鹽粒子的氣溶膠層，它們存留在平流層中增加了大氣的反照率，因子的氣溶膠層，它們存留在平流層中增加了大氣的反照率，因而減少了到達(dá)地面的直接太陽輻射，進(jìn)而導(dǎo)致溫度下降，這個而減少了到達(dá)地面的直接太陽輻射，進(jìn)而導(dǎo)致溫度下降，這個影響被稱為影響被稱為“陽傘效應(yīng)陽傘效應(yīng)”。如。如19631963年年3 3月印度尼西亞巴厘島的月印度尼西亞巴厘島的阿貢火山爆發(fā)約阿貢火山爆發(fā)約3 3個月后，澳大利亞墨爾本的總輻射減少達(dá)個月后，澳大利亞墨爾本的總輻射減少達(dá)6%6%。500A.D.以來冰芯酸度指示的火山活動全球氣候變化（王紹武，以來冰芯酸度指示的火山活動全球氣候變化（王紹武，1994）a.中英格蘭溫度b.加利福

41、尼亞樹輪寬度c.格陵蘭氧同位素d.北半球溫度指數(shù)e.格陵蘭冰芯酸度三、全球變化中的人為因素三、全球變化中的人為因素 人類生態(tài)系統(tǒng)的建立和維持所造成的自然環(huán)境破壞與污染使得地球表層系統(tǒng)中的一些成分相對增加，甚至出現(xiàn)一些在自然狀態(tài)下本不存在的成分，另一些成分相對減少甚至消失,從而造成各個組成成分的構(gòu)成和性質(zhì)的顯著變化。人類向大氣中排放CO2、CH4等使溫室氣體含量增加且出現(xiàn)新的溫室氣體成分，排放到大氣中的氟利昂等“氯氟烴”類物質(zhì)和氮氧化合物正在導(dǎo)致臭氧層破壞，酸性氣體排放導(dǎo)致酸雨的發(fā)生。在生物界，人類馴化的作物替代了森林和草原，野生動物被馴化動物所取代或被排斥到生態(tài)邊緣而絕滅或瀕臨絕滅，人類生態(tài)系統(tǒng)替代自然生態(tài)系統(tǒng)不僅減少了系統(tǒng)的生物量，而且減少了物種的多樣性，進(jìn)一步加速了生物絕滅的過程。此外，排入到江河的各種有機和無機污染物導(dǎo)致水體污染，各種人工合成材料的出現(xiàn)也改變了固體地球物質(zhì)的組成。 其他林地草場耕地o 農(nóng)田擴張 農(nóng)業(yè)文明約有