古氣候?qū)W速成手冊(cè)嘔血終極版分析

古氣候嘔血終極整頓版（只供參考）第一部分概論研究?jī)?nèi)容與研究簡(jiǎn)史地球氣候系統(tǒng)：大氣、海洋、冰、陸地、生物圈2、水的三相平衡點(diǎn)（溫標(biāo)的固定點(diǎn)）：一種大氣壓下，水在氣態(tài)處在飽和態(tài)，純水的三態(tài)共存，所處在的溫度，即為熱力學(xué)溫標(biāo)的原則點(diǎn)。3、地球溫室效應(yīng)4、天氣與氣候。天氣：是指某一地區(qū)在某一瞬間或某一短時(shí)間內(nèi)大氣狀態(tài)（如氣溫、濕度、壓強(qiáng)等）和大氣現(xiàn)象（如風(fēng)、云、霧、降水）等的綜合。天氣過(guò)程是大氣中的短暫過(guò)程。氣候：指的是太陽(yáng)輻射、大氣環(huán)流、下墊面性質(zhì)和人類(lèi)活動(dòng)在長(zhǎng)時(shí)間互相作用下，在某一時(shí)段內(nèi)大量天氣過(guò)程的綜合，不僅涉及該地?cái)?shù)年來(lái)經(jīng)常發(fā)生的天氣狀況，并且涉及某些年份偶然出現(xiàn)的極端天氣狀況。5、古氣候?qū)W定義：重要研究“器測(cè)時(shí)期”之前的氣候變化歷史、過(guò)程及因素的學(xué)科，其目的為預(yù)測(cè)此后氣候變化及解決有關(guān)資源、環(huán)境問(wèn)題服務(wù)。古氣候?qū)W分類(lèi)記述古氣候?qū)W（普通古氣候?qū)W）：研究古氣候的多個(gè)生物、沉積標(biāo)志，如化石或巖石代表在什么氣候條件下生長(zhǎng)或形成的，根據(jù)這些統(tǒng)計(jì)恢復(fù)區(qū)域一定時(shí)期內(nèi)的氣候狀況。成因古氣候?qū)W：在恢復(fù)和記述古氣候的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探討古氣候的成因及過(guò)程。應(yīng)用古氣候?qū)W：在恢復(fù)某一時(shí)期一種地區(qū)古氣候的基礎(chǔ)上，推側(cè)在該種氣候條件下可能形成的礦產(chǎn)。歷史古氣候?qū)W：敘述各地質(zhì)時(shí)代古氣候及其演化的學(xué)科。地球系統(tǒng)：指由大氣圈、水圈、巖石圈、地幔、地核和生物圈（涉及人類(lèi)）構(gòu)成的有機(jī)整體。地球系統(tǒng)科學(xué)：研究地球系統(tǒng)各圈層（大氣圈、水圈、巖石圈、地幔、地核和生物圈）之間互相聯(lián)系、互相作用機(jī)制、變化規(guī)律和變化機(jī)理，為全球環(huán)境變化預(yù)測(cè)建立科學(xué)基礎(chǔ)，并為地球系統(tǒng)的科學(xué)管理提供根據(jù)。氣候系統(tǒng)：由大氣圈、水圈、生物圈、巖石圈（陸地表面）、冰凍圈共同構(gòu)成的，能夠決定氣候形成、氣候分布和氣候變化的統(tǒng)一的物理系統(tǒng)。氣候是這些子系統(tǒng)互相作用的終極產(chǎn)物。氣候系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)的能量重要來(lái)自太陽(yáng)。末次盛冰期時(shí)期的特點(diǎn)：（1）海平面下降約120m（2）全球溫度下降5‐10度（赤道：2‐5度；極地：15度以上）（3）全球總體降水量減少：～10‐30%（4）SST減少（5）沙漠?dāng)U大（6）氣候帶南移（7）動(dòng)、植物南遷驅(qū)動(dòng)‐響應(yīng)：快速響應(yīng)與慢速響應(yīng)第二部分古氣候統(tǒng)計(jì)古氣候統(tǒng)計(jì)的原理古氣候統(tǒng)計(jì)的原理：根據(jù)不同沉積物的物質(zhì)構(gòu)成（生物的、物理的、化學(xué)的）和沉積特性，運(yùn)用不同的研究辦法和理論推測(cè)地質(zhì)時(shí)期的氣候。古氣候統(tǒng)計(jì)類(lèi)型1.器測(cè)統(tǒng)計(jì)。2.歷史資料，如考古發(fā)掘文物、歷史文獻(xiàn)等。3.多個(gè)自然氣候統(tǒng)計(jì)，涉及沉積物（海洋、湖泊、風(fēng)塵沉積）、冰、珊瑚、樹(shù)輪等，以及多個(gè)自然地理因子變遷的遺跡等。做高分辨率古氣候研究的材料：1、樹(shù)輪2、珊瑚3、Maar湖4、石筍5、冰芯6、歷史統(tǒng)計(jì)較低分辨率的重要材料：深海沉積、黃土沉積、湖泊沉積從統(tǒng)計(jì)到指標(biāo)指標(biāo)的原理（四）從指標(biāo)到古氣候重建1.物理類(lèi)指標(biāo)2.化學(xué)類(lèi)指標(biāo)3.生物類(lèi)指標(biāo)4.沉積類(lèi)指標(biāo)以中國(guó)黃土為例：黃土統(tǒng)計(jì)的古氣候指標(biāo)物理指標(biāo)：磁化率、顏色化學(xué)指標(biāo)：元素比值、同位素比值生物指標(biāo)：孢粉、植硅體、蝸牛等沉積指標(biāo)：粒度參數(shù)、土壤形態(tài)例1物理指標(biāo)磁化率-夏季風(fēng)指標(biāo)。古土壤的磁化率是黃土層的2－4倍，而磁化率與成土強(qiáng)度有親密聯(lián)系，從而能夠批示夏季風(fēng)。例2化學(xué)指標(biāo)元素比值指標(biāo)：批示黃土風(fēng)化程度?；瘜W(xué)元素比值往往同風(fēng)化強(qiáng)度有關(guān)，故多被用來(lái)批示夏季風(fēng)強(qiáng)度變化。同位素比值指標(biāo)：植物通過(guò)光合作用合成碳，分兩種過(guò)程：C3過(guò)程和C4過(guò)程。故有C3植被和C4植被之分。黃土沉積中，冰期C3植被多，間冰期C4植被多。例3生物指標(biāo)孢粉、植硅體、蝸牛等能夠建立轉(zhuǎn)換函數(shù)。例4沉積指標(biāo)粒度-冬季風(fēng)指標(biāo)。同風(fēng)力強(qiáng)度、沙漠進(jìn)退有關(guān)。海洋統(tǒng)計(jì)、介紹DSDP/ODP科學(xué)成就驗(yàn)證了板塊構(gòu)造理論，創(chuàng)立了古海洋學(xué)，造成地球科學(xué)一場(chǎng)真正的革命。揭示了洋殼構(gòu)造和海底高原的形成，證明了氣候演變的軌道周期和地球環(huán)境的突變事件；分析了匯聚大陸邊沿深部流體的作用，發(fā)現(xiàn)了海底深部生物圈和天然氣水合物三十五年的DSDP/ODP，把地質(zhì)學(xué)從陸地?cái)U(kuò)展到全球，造成地球科學(xué)一次又一次重大突破。（二）海洋沉積統(tǒng)計(jì)（三）海洋生物統(tǒng)計(jì)（四）物理-化學(xué)統(tǒng)計(jì)三、陸地統(tǒng)計(jì)（一）陸地統(tǒng)計(jì)介紹（二）黃土統(tǒng)計(jì)與中國(guó)黃土?xí)r間標(biāo)尺黃土的分布由風(fēng)力搬運(yùn)和堆積的大氣粉塵物質(zhì)特點(diǎn)：成分的相對(duì)均一性；顆粒的分異性--極細(xì)沙下列顆粒；沉積的松散性。黃土的分布：沙漠外圍、冰積物外圍、海岸附近。黃土的地貌黃土高原溝谷縱橫，地貌多樣，重要地貌類(lèi)型有塬、梁、茆。黃土的風(fēng)成成因證據(jù)：分布在沙漠外圍；沉積無(wú)層理；成分具均一性；粒度的空間分異性；地層的空間可對(duì)比性黃土的化學(xué)成分黃土的礦物成分黃土的地層與時(shí)代黃土的古氣候指標(biāo)（三）湖泊統(tǒng)計(jì)（四）巖溶洞穴沉積統(tǒng)計(jì)（五）樹(shù)木年輪統(tǒng)計(jì)（六）河流沉積、冰川沉積（七）歷史氣候統(tǒng)計(jì)（八）陸相生物化石統(tǒng)計(jì)四、冰芯統(tǒng)計(jì)（一）全球冰芯統(tǒng)計(jì)概述（二）冰芯統(tǒng)計(jì)的時(shí)間標(biāo)尺1、絕對(duì)年紀(jì)控制AMS14C（5730年半衰期）-5萬(wàn)年以?xún)?nèi)210Pb(22.3年半衰期)-150年火山灰、原子彈爆炸、10Be峰值年紋層計(jì)數(shù)直觀法測(cè)量法δ18O、大氣微粒、化學(xué)成分、電導(dǎo)率冰流模式時(shí)間標(biāo)尺各類(lèi)軌道調(diào)諧時(shí)間標(biāo)尺及原理冰層年紀(jì)與氣體年紀(jì)冰芯時(shí)間標(biāo)尺評(píng)價(jià)：交叉使用多個(gè)辦法定年冰芯中的穩(wěn)定同位素統(tǒng)計(jì)（四）冰芯溫室氣體統(tǒng)計(jì)（五）冰芯粉塵和火山灰統(tǒng)計(jì)（六）冰芯和古氣候?qū)Ρ任濉⒐艢夂騾?shù)的定量化重建（一）基本原理和慣用辦法概述（二）基于統(tǒng)計(jì)模型的定量化重建（三）基于植被模型模擬的定量化重建（四）氣候模式與定量估算（五）不同辦法的優(yōu)勢(shì)和局限性第三部分典型氣候過(guò)程與圈層互相作用1.基本大氣過(guò)程1.1氣候系統(tǒng)與地球圈層互相作用氣候系統(tǒng)的基本屬性：靜力屬性：大氣和海水的密度和壓強(qiáng)、大氣的構(gòu)成成分、大洋鹽度、幾何邊界等。熱力屬性：涉及空氣、水、冰和陸地的溫度動(dòng)力屬性：風(fēng)、洋流、垂直運(yùn)動(dòng)、冰體移動(dòng)水分屬性：空氣濕度、云量及云水含量、降水量、土壤濕度、河湖水位、冰雪等。1.2大氣的能量與溫度1.3大氣的濕度與降水1.4大氣環(huán)流與氣候分類(lèi)1.5亞洲季風(fēng)和全球季風(fēng)季風(fēng)是由于海陸熱力差別或行星風(fēng)帶隨季節(jié)移動(dòng)而引發(fā)的大范疇地區(qū)的盛行風(fēng)隨季節(jié)而變化的現(xiàn)象。隨著盛行風(fēng)向變換，在降水量上體現(xiàn)出明顯的干季與濕季的交替。1.6大氣濤動(dòng)與大氣環(huán)流遙有關(guān)1.7溫室氣體、溫室效應(yīng)與當(dāng)代全球氣候變暖1.8地質(zhì)時(shí)期的溫室氣體含量與氣候變化2.典型海洋過(guò)程與大洋環(huán)流2.1海洋的能量與溫度2.2大洋環(huán)流與氣候2.3構(gòu)造變動(dòng)與大洋環(huán)流及其氣候效應(yīng)2.4海洋碳庫(kù)與碳循環(huán)3.典型陸地過(guò)程3.1陸地分布與陸面過(guò)程介紹3.2地貌演化與氣候變遷3.3大陸冰蓋演化過(guò)程與氣候3.4陸地生態(tài)系統(tǒng)與氣候演化3.5干旱區(qū)沙塵氣溶膠循環(huán)過(guò)程及其氣候環(huán)境效應(yīng)3.6陸地過(guò)程與全球碳循環(huán)和環(huán)境變化第四部分氣候系統(tǒng)歷史一～五節(jié)（熊尚發(fā)）重要參考思考題第四紀(jì)的重要?dú)夂蚴录谒募o(jì)氣候的階段性特點(diǎn)中更新世轉(zhuǎn)型和中布容事件中更新世轉(zhuǎn)型：大概900ka左右，全球氣候主導(dǎo)周期從更新世早期的的41ka轉(zhuǎn)變?yōu)榇撕蟮?00ka周期，持續(xù)數(shù)十萬(wàn)年的過(guò)渡期。中更新世氣候轉(zhuǎn)型的最重要特性：全球氣候主導(dǎo)周期從更新世早期的的41ka轉(zhuǎn)變?yōu)榇撕蟮?00ka周期；主導(dǎo)周期從41ka的對(duì)稱(chēng)性周期轉(zhuǎn)變?yōu)?00ka的不對(duì)稱(chēng)；氣候波動(dòng)從高頻低幅轉(zhuǎn)變?yōu)榈皖l高幅；MPT后隨著著全球冰量大幅度增加(約增加15％)的全球性氣候變冷；全球性生態(tài)、環(huán)境格局重大的轉(zhuǎn)變,如大型動(dòng)物群的絕滅、直立人的出現(xiàn)、東亞季風(fēng)加強(qiáng)等。機(jī)制成因假說(shuō)：高緯度因素、低緯度因素、高原隆起、天文因素、溫室氣體、大洋碳庫(kù)和環(huán)流變化存在的問(wèn)題：時(shí)間，由41ka到100ka周期的變化是發(fā)生在1200ka到600ka之間的什么時(shí)間？過(guò)程，是快速的革命性變化，還是持續(xù)了幾十萬(wàn)年的過(guò)渡過(guò)程？機(jī)制,這一轉(zhuǎn)型是由于北極冰蓋增大超出一定的臨界值,引發(fā)冰蓋動(dòng)力學(xué)上變化所致；還是高原隆升、全球碳循環(huán)的反映，造成大氣CO2含量變化的成果？或者是氣候系統(tǒng)對(duì)地球軌道的非線性響應(yīng)？源區(qū)，變化的本源終究是在高緯度區(qū),還是低緯度區(qū)？中布容事件：即MIS11事件，大概43萬(wàn)年前后發(fā)生的一次變暖事件。（全球范疇內(nèi)大洋碳酸鹽溶解加劇、全球海平面大幅度上升、大西洋深層水量增加、溫室氣體濃度增加、北半球中高緯區(qū)為異常溫暖的間冰期等一系列現(xiàn)象，但是中、低緯度區(qū)海洋和陸地卻是降溫的。）MIS12/11含有6Ma以來(lái)最大幅度的冰期-間冰期氣候變化。MIS11期是近百萬(wàn)年來(lái)最暖的間冰期，變化幅度為數(shù)百萬(wàn)年來(lái)最大，無(wú)法用當(dāng)時(shí)微弱的軌道變化來(lái)解釋?zhuān)⌒〗Y(jié)：含有6Ma以來(lái)最大幅度的氧同位素變化全球海洋碳酸鹽溶解加劇出現(xiàn)大幅度海平面變化（7-12m）南北半球氣候出現(xiàn)不對(duì)稱(chēng)狀況；高中緯區(qū)溫暖，低緯區(qū)較冷機(jī)制成因：地球軌道變化、全球碳酸鹽溶解加劇、全球海洋環(huán)流重組、海洋碳庫(kù)的重大重組、溫室氣體濃度、構(gòu)造變動(dòng)對(duì)冰蓋動(dòng)力學(xué)影響冰期-間冰期旋回中南北半球的耦合與非耦合第四紀(jì)氣候不穩(wěn)定性氣候不穩(wěn)定性的統(tǒng)計(jì)第四紀(jì)2.6Ma以來(lái)，有將近50次冰期‐間冰期旋回。在低分辨率統(tǒng)計(jì)中，第四紀(jì)氣候變化重要體現(xiàn)為對(duì)地球軌道變化的響應(yīng)。但高分辨率統(tǒng)計(jì)表明，末次冰期以來(lái)有大量更短尺度的氣候事件，其中最明顯者為H事件和D－O旋回。氣候不穩(wěn)定性事件與氣候快速變化旋回YongerDryas事件指大概12.8ka-11.7kaB.P.冰消期氣候轉(zhuǎn)暖過(guò)程中的一次忽然變冷事件。方式：忽然快速變化，幾十年內(nèi)溫度變化達(dá)成冰期‐間冰期旋回幅度的三分之四。影響：幾乎全球性，南極弱機(jī)制：沖淡水影響，大洋傳送帶停止Heinrich事件H事件：末次冰期中6次冷事件，北大西洋深海沉積物中發(fā)現(xiàn)的6個(gè)冰漂巖屑／浮游有孔蟲(chóng)比值異常高的沉積層。發(fā)生時(shí)段：末次冰期～15～68ka；性質(zhì)：冷事件；頻率：5～15kaHeinrich事件影響區(qū)域北大西洋在40°～55°N形成一種IRD帶,格陵蘭冰芯統(tǒng)計(jì)了H事件。北半球：西歐土壤、植被、湖泊，地中海表層水溫下降降5‐8℃；中國(guó)黃土顆粒增大，風(fēng)速加大，干旱，孟加拉灣H事件時(shí)干旱；北美太平洋沿岸冰進(jìn)與H事件出現(xiàn)時(shí)間一致，東岸孢粉顯示5次H事件時(shí)為嚴(yán)寒期，佛羅里達(dá)孢粉統(tǒng)計(jì)濕的環(huán)境，熱帶非洲H事件時(shí)期干旱，西北非沿海SST短時(shí)變冷與北大西洋H事件一致；阿拉伯海，北非湖泊。南半球：H事件時(shí)智利與新西蘭發(fā)生冰進(jìn)。尚未在南極找到H事件的反映。Heinrich事件1.末次冰期北大西洋發(fā)生6次陸源冰漂碎屑層（H1‐H6)2.發(fā)生時(shí)間：15～16,22,28,36～37,46,64kaBP3.周期性：5‐15ka4.機(jī)制：太陽(yáng)輻射量（歲差）的變化（Heinrich,1988)溫鹽環(huán)流變化(Alleyetal.,1999)北美勞倫泰(Laurentide)冰蓋消融，造成大規(guī)模的冰川融水進(jìn)入北大西洋而引發(fā)(Bondetal.,1993)熱帶大氣一海洋動(dòng)力變化引發(fā)D-O旋回末次冰期存在24（25）個(gè)千年級(jí)D—O旋回存在約15的準(zhǔn)周期含有全球性除此之外，尚有以下特點(diǎn)：1、北極與南極反相位2、北極氣溫變幅不不大于南極3、南半球沒(méi)有明顯的YD4、北大西洋淡水入海量變化與北極氣溫變化同時(shí)因素分析：冰蓋不穩(wěn)定性溫室氣體濃度變化溫鹽環(huán)流變化其它自然氣候系統(tǒng)互相作用（冰蓋、深海、表層洋流）4.Bond旋回5.快速氣候變化的周期特性（三）氣候不穩(wěn)定性的區(qū)域體現(xiàn)和南北半球聯(lián)系在末次冰期中的DO旋回過(guò)程中，存在溫度變化的蹺蹺板模式，即南極增溫時(shí)，北極降溫，南極降溫時(shí)，北極增溫。南北極氣溫變化蹺蹺板模式形成機(jī)制1、冰蓋不穩(wěn)定造成淡水注入北大西洋2、北大西洋深層流削弱3、北大西洋表層水變冷4、大西洋形成北到南的表層海流5、南半球熱量積累并增溫D/O事件的千年尺度氣候波動(dòng)不僅出現(xiàn)末次冰期旋回中，也出現(xiàn)在間冰期和冰消期。在更老時(shí)期也存在類(lèi)似的千年尺度的氣候波動(dòng)。全新世的重要?dú)夂蚴录┐伪冢═heLastGlaciation）：116-11.6ka末次冰盛期（LGM=LastGlacialMaximum）：21-19ka冰消期（LastdeglaciationorTerminationI)：~19-6.8ka或11.6ka新仙女木期（YD=YoungerDryas：12.85-11.65ka）（一）末次冰消期（二）全新世的總體特性（三）全新世適宜期（四）全新世氣候變化的不穩(wěn)定性（五）中世紀(jì)異常期與小冰期第五部分氣候變化機(jī)制四、軌道尺度氣候變化機(jī)制（一）第四紀(jì)冰期的發(fā)現(xiàn)（二）米蘭科維奇假說(shuō)與驗(yàn)證日照量配備特點(diǎn)：年總量基本不變，但緯度配備與季節(jié)配備發(fā)生變化。兩半球歲差日照量同季反相位。低緯歲差周期為主，高緯地軸傾角周期增強(qiáng)。米氏理論對(duì)氣候統(tǒng)計(jì)的解釋舉例軌道尺度的季風(fēng)動(dòng)力學(xué)軌道季風(fēng)假說(shuō)：夏季日照量控制季風(fēng)的概念模型，低緯夏季日照量更強(qiáng)，夏季風(fēng)更強(qiáng)。夏季日照量超出閾值，強(qiáng)季風(fēng)響應(yīng)，湖水位高，含有歲差周期。季風(fēng)快速響應(yīng)低緯夏季日照量變化(強(qiáng)調(diào)感熱的作用)季風(fēng)與日照量同相位由于低緯日照量重要受歲差控制，季風(fēng)以歲差的20ky周期為主南北兩半球季風(fēng)應(yīng)反相位(2)高緯驅(qū)動(dòng)說(shuō)：冰蓋對(duì)季風(fēng)有明顯影響。重要證據(jù)：季風(fēng)含有清晰的100ky冰蓋變化周期。(3)混合驅(qū)動(dòng)說(shuō)：受日照量、冰量、南大洋潛熱影響。低緯日照量觸發(fā)季風(fēng)(感熱)季風(fēng)在歲差和斜率節(jié)拍上受冰量、南大洋潛熱的巨大影響(季風(fēng)包含清晰的40ky周期)使用的季風(fēng)指標(biāo)在20ky的歲差節(jié)拍上，滯后日照量8ky(4)2P概念模型冰期氣候全球耦合機(jī)制海平面變化？大洋環(huán)流？溫室氣體？（五）米蘭科維奇理論面臨的挑戰(zhàn)熱帶驅(qū)動(dòng)假說(shuō)：太陽(yáng)輻射變化>熱帶季風(fēng)變化>地表風(fēng)化強(qiáng)度變化>海洋硅通量變化>硅藻生產(chǎn)率變化>海洋有機(jī)碳沉積量變化>全球碳循環(huán)變化亞軌道尺度氣候變化機(jī)制六、不同時(shí)間尺度氣候變化的關(guān)聯(lián)七、人類(lèi)活動(dòng)的氣候效應(yīng)重點(diǎn)：古氣候變化三個(gè)時(shí)間尺度亞軌道尺度（sub‐orbitaltimescales,101－103年)－太陽(yáng)活動(dòng)(solaractivity)等驅(qū)動(dòng)軌道尺度(orbital‐scale)－日照(insolation)季節(jié)、緯度配備變化驅(qū)動(dòng)構(gòu)造尺度(tectonical‐scale)－巖石圈構(gòu)造變化驅(qū)動(dòng)前兩者體現(xiàn)為波動(dòng)性，后者體現(xiàn)為不可逆性雪球地球假說(shuō)：1992年,J.L.Kirschvink初次提出新元古代曾經(jīng)出現(xiàn)幾次“雪球地球”事件,用此來(lái)解釋推動(dòng)到赤道附近海平面(即低緯度和低海拔)的全球性冰川作用。真正引發(fā)人們重視的還是1998年P(guān).F.Hoffman等重提“雪球地球”假說(shuō)。他們根據(jù)南部非洲納米