深时古气候对未来气候变化的启示

当前人类活动引起大气中二氧化碳(CO_2)的浓度逐渐升高,地球气候可能将发生不可逆的变化,从目前的冰室气候进入温室气候状态。文中通过对现在地球气候系统与深时温室气候时期的大气CO_2浓度与气候变化临界点、温度与温度梯度、海平面变化与水循环、大洋水体氧化还原状态几个方面进行对比和分析,提出对地球在这种温室气候状态中的气候动力系统的认识亟待提高。尽管深时温室气候并不严格等同于未来地球的气候,但深时时期形成的地质记录为我们提供了全尺度洞察在温室气候状态下地球系统是如何运行的一个天然实验室。     

地球气候将平衡于又一次跳跃?

地球气候将平衡于又一次跳跃？当前，人们对地球大气中温室气体增加的可能气候影响十分关注。大气环流模式（ＧＣＭ）的计算机模拟结果表明，现今的气候系统可以被很好地了解、并将缓慢变暖。但是，过去１０万年的气候记录揭示出温度变化的极不相同的型式，温度不是按米兰...     

始新世-渐新世界线的全球气候事件：从“温室”到“冰室”

新生代以来,全球气候在持续不断的变冷,从两极无冰的"温室地球"变为现今两极终年有冰的"冰室地球",经历了多次冰盖扩张的变冷事件。始新世-渐新世界线（E/O）附近,δ¹⁸O值大幅度正偏,在短期内由 1．2‰迅速增加到 3．0‰,底层海水温度从12 ℃降低为 4．5 ℃。保存在大洋和大陆中的记录表明：E/O界线附近,全球气温大幅降低,海陆生物均有不同程度的灭绝,指示了气候变冷、变干的趋势。始新世-渐新世转换期间,南极洲与澳大利亚之间的塔斯曼尼亚海道和南极洲与南美洲之间的德雷克海峡（DrakeStrait）相继打开,形成环南极洋流,从而阻止赤道地区的热量向南极传送,导致南极大陆"热隔绝",使南极大陆东部为冰川所覆盖。最近的研究显示,E/O事件是与大气CO₂含量快速变化密切相关的瞬时气候变化,其变化速率类似于现今地球由于人类活动引起大气CO₂的变化,表明大气CO₂浓度的变化在这一事件中起了极为重要的作用。     

全球变暖与太阳活动

目前人们普遍认为全球气候变暖与人类大量排放温室气体导致的温室效应有关.近日日本横滨国立大学环境信息研究院的伊藤公纪教授研究了200 a来地球平均气温和太阳磁场强度的关系,发现两条曲线基本吻合（2005）.伊藤公纪由此推断太阳活动对气候变暖也有影响,仅用温室气体增加解释气候变暖可能不够全面.     

地球气候的变化不可逆转

美国犹他州人盐湖的创记录水位以及海平面的上升(高达一呎)可能都与化石燃料使用量的增加有关。这些变化可能出自于一个共同的原因,即大气中CO_2的增加。地球大气中CO_2含量的增加,通过“温室效应”导致地球气候的逐渐变暖。我们设想地球就是一座以CO_2作屋顶的巨人温室。太阳能量会很容易地进入温室,而大部分热量却不能散发到地球大气圈外,引起气温缓慢而持续的上升。     

全球早白垩世大规模岩浆活动、铁矿床形成及与气候变化的可能耦合关系

地球系统科学是当今地球科学的研究前缘,早白垩时期全球气候经历了巨大的变化,前人为此做了大量的研究工作,但就铁矿形成与环境变化方面的研究还鲜见人提及。本文针对早白垩世大规模岩浆活动、铁矿成因、温室气体的释放及对气候变化的可能耦合关系做探索性的研究工作。本文主要通过大数据统计、整理分析、制图对比等科学手段,论证早白垩世各重要地质事件之间的耦合关系。发现早白垩世的大规模岩浆活动和铁矿爆发巅峰期、陆相红层的出现有着非常吻合的时间一致性。推测早白垩世时期大规模岩浆活动以及铁矿床的形成释放大量CO_2温室气体。大气中CO_2温室气体含量急剧增加导致大气环境温度升高,Fe~(2+)变成Fe~(3+)导致了大陆红层的形成;大气中CO_2温室气体含量急剧增加也导致了大气中氧气含量变低,致使后生生物为了适应这种极端环境气候个体趋向于小型化。因此,铁矿床爆发式成矿作用间接地导致了当时气候环境变化和生物演化方向。在当今面临的全球变暖的大环境下,我们更要加深了解和我们当代很相似的晚中生代时期,以便更加主动的应对以后的气候环境变化和生物发展。     

气候变暖成因研究的历史、现状和不确定性

简要回顾了关于气候变暖成因研究的历史和现状,重点评述了当前气候学界对全球和中国气候变暖原因的认识及其仍存在的不确定性。气候学者对气候变暖与大气中温室气体浓度关系的认识,目前比过去任何时候似乎都更加清晰,但他们眼前仍然弥漫着重重迷雾。引起观测到的气候变暖的因子十分复杂,相关问题的研究仍存在大量不确定性。未来气候变化科学的进步依赖于对这些尚存不确定性的认识水平和削减程度。     

全球变暖“停滞”现象辨识与机理研究

观测表明全球温室气体浓度持续快速增加,但21世纪以来全球表面平均温度升高有减缓趋势,呈现变暖"停滞"现象,这对已有的全球变暖认识带来挑战。围绕"变暖‘停滞’机理及其可预测性"这一国际前沿科学问题,国家重点研发计划"全球变暖‘停滞’现象辨识与机理研究"主要研究内容有:1辨识变暖"停滞"的时空特征,阐明外部强迫和内部自然变率的相对贡献;2阐明全球变暖停滞背景下,大气在气候系统能量热量再分配过程中的作用及机理;3阐明全球变暖"停滞"背景下,海洋动力热力过程对能量热量再分配的调制机理;4探讨全球变暖"停滞"现象的可预测性,对其未来变化及重要区域气候影响进行预测预估。以期通过变暖"停滞"研究回答人们所关心的目前变暖停滞现象未来发展及其对我国及周边的"一带一路"核心区和南北极重要区域的影响,为我国未来气候政策的制定提供参考依据,为国家参与全球气候治理及国际气候谈判提供科学支撑。     

南华北早二叠世泥岩沉积与深时陆地古温度重建

地球在地质历史时期经历过多次冰室与温室气候状态间的相互转换,也发生了以雪球地球为特征的极冷和以快速升温为特征的极热气候事件。二叠纪是晚古生代冰期到中生代温室气候转换的关键时期。为深入认识二叠纪的重大气候演变,急需解决的一个科学问题是如何获取高精年代地层约束的陆地古气候信息。通过总结近年来报道的华北南部石炭—二叠纪含煤岩系的同位素年代学和泥岩风化地球化学数据,建立了基于高精年代地层格架的化学风化趋势,定量重建了华南南部在约300~286 Ma的陆地古温度变化曲线,揭示了低纬陆地古气候对高纬冰川活动和全球气候变化的响应。新建的南华北陆地古温度曲线指示了与早二叠世Asselian初期和Sakmarian晚期两次冰川消融相对应的气候变暖事件,也指示了与Asselian早期和Artinskian早期两次冰川扩张相对应的气候变冷事件。     

铊同位素揭示二叠纪末生物大灭绝开始时短暂的海洋氧化事件

作为地球历史记录中最大的生物危机,二叠纪末的生物大灭绝(EPME)事件是西伯利亚大火成岩省释放的挥发物造成的环境扰动结果,造成了约90％的海洋生物灭绝.确定这一重大生物危机背后的环境条件和机制,无疑对理解在这一事件中运行的地球系统反馈机制具有重要的作用.最近的研究表明,在EPME期间全球温度的波动会导致不同时间尺度的各种环境响应,尤其以火山作用导致温室气体驱动的气候变暖最为显著;而气候变暖引发的海洋缺氧扩张可能是导致这次海洋生物大灭绝的原因.     

从晚古生代冰室到早中生代温室的气候转变:兼论东特提斯低纬区的沉积记录与响应

地球在晚古生代晚期—中生代早期经历最近一次从冰室到温室的气候转变,是理解未来地球冰川消融、全球变暖等气候转变的重要窗口。这一时期的沉积记录和气候模型研究揭示,冰川活动、大气pCO₂和气候状态间存在复杂的耦合和反馈机制,同时伴随发生陆表植被更替和生物迁移。随冰川消融、大气pCO₂升高和全球变暖,低纬大陆区干旱化趋势和季节性降雨增强,出现季风气候并在冰室之后的三叠纪温室盛行。华南和华北是位于东特提斯低纬区的主要大陆,其石炭—二叠系在沉积和生物特征上与Pangea超大陆西侧热带区差异显著,蕴含有丰富的深时气候变化信息。基于前人成果,在简述石炭—三叠纪全球气候变化的基础上,对东特提斯低纬区石炭—三叠纪沉积记录进行总结,阐明其深时古气候研究意义和研究前景。     

深海沉积与全球变化研究的前缘与挑战

海洋正在经历变暖和酸化等人类活动引发的全球变化的影响,而深海沉积储存着地球演变历史时期由自然因素驱动过去全球变化的详细档案,通过探究其现今和过去全球变化过程,能够揭示全球变化的特征和规律,为预测未来变化提供依据。近年来在该领域的突出研究进展,是针对社会选择的未来排放轨迹,在深海记录中都能够找到相应的类似情形,用于评估未来地球系统各种变化的过程和后果。其中,以Dansgaard-Oeschger变化为代表的千年尺度事件、以厄尔尼诺-南方涛动(ENSO)和北大西洋涛动(NAO)为代表的十年尺度气候变化事件,是最接近现今地球变暖的快速气候变化场景。地球系统的发展轨迹目前正处于人类排放温室气体的“热室地球”路径的起点上,如果地球超过了这个“临界点”,它将沿着一条不可逆的道路进入“热室地球”状态,另一种路径则是通向“稳定地球”状态。深海沉积档案中的类似情形能够为社会选择未来排放的轨迹提供重要参考。全球变化研究面临的重大挑战是重新认识其关键过程的理论机制。以海洋变暖和酸化影响硅藻和颗石藻的海洋生物泵过程为例,传统知识认为酸化有利于硅藻建造,但最新的围隔实验研究却发现酸化大幅减少全球硅藻输出;传统知识认为酸化导致海洋生物钙化危机,但近期针对中生代大洋缺氧事件的黑色页岩研究,发现颗石藻的碳酸钙输出在海洋酸化期间大幅增加。这些颠覆性的认识严重挑战了传统全球变化某些关键过程的理论体系。     

陆相坳陷湖盆沉积对深时古气候的响应信号:以准噶尔盆地西北缘安集海河组为例

"深时"古气候研究范围为前第四纪地质记录,目的在于为未来气候预测提供依据.准噶尔盆地西北缘安集海河组沉积期,研究区处于早古近纪极热气候(PETM)时期,由于其温室气体排放与当前工业废气排放水平相当,对于全球变化以及地球系统科学研究具有重要意义,一直以来都是古近纪气候研究的热点.准噶尔盆地西北缘在早古近纪沉积期发育大范围...     

深部碳循环的环境气候效应SCIEI北大核心CSCD

地球表层温度主要由接收的太阳辐射能量及大气温室气体的保温能力共同控制。CO_(2)等温室气体通过对大气温度的调节影响着全球环境气候变化,工业革命以来全球CO_(2)排放量的增加被认为是全球变暖的重要原因,地质历史时期大气CO_(2)浓度的波动与温室和冰室气候的交替出现相对应。地球超过90%的碳赋存于深部,因此地球深部过程的些许波动便会影响到地表碳含量,进而深刻影响着地球的环境气候变化。以往的研究注重地表碳循环对环境气候的影响,对深部碳的贡献考虑不足。最近十余年全球开展了详细的深部碳循环研究,基于已经取得的重要成果,本文从大火成岩省、裂谷和俯冲带的视角对深部碳循环驱动的环境气候效应进行了系统回顾。认为未来的研究需要对地球深部碳循环通量和碳同位素组成进行更精确的定量,这是我们认识深部碳循环对地表环境气候影响的基础;除了碳元素本身我们还需要关注其他挥发性元素和有害金属元素的综合效应;俯冲带作为全球壳-幔相互作用和物质交换循环最重要的场所,应该是进行深部碳循环观察和环境气候效应研究的重点。     

早新生代温室气候及冰期气候转型的模拟研究

早新生代是地质史上最后一个温室气候期，随后南极冰盖形成，地球进入到晚新生代冰期。温室气候的成因和冰期气候转型的机制一直是国际相关学界关注的问题。评述国际上对此开展的古气候模拟，反映了早新生代温室气候受到了海洋和大陆的地理位置、暖海洋温盐环流和海洋热输送、太阳辐射和大气CO2浓度变化的作用和影响。古气候模拟还反映了早新生代温室气候转向冰期气候，受到了大洋通道改变和高原构造隆起、大气成分变化以及海陆生态系相互的作用和反馈。这些古气候模拟试验锁定在气候变化的关键时段和重要驱动因子，对测试地球内外驱动力和地球各圈层反馈作用提供了重要的科学依据；温室气候以及趋向冰期气候的模拟研究对探讨气候变化内在机制、预测未来气候具有重要意义。      

白垩纪“温室”气候与海洋

白垩纪典型的"温室"气候和海洋一直是地学界关注的焦点之一.与现今地球"冰室"状态相比,温室状态下的气候和海洋遵循着不同的运行模式.本文在近年来取得的大量同位素、古生物以及气候和海洋模拟实验数据的基础上,评述了白垩纪古气候和古海洋研究中取得的重要进展.化石氧同位素数据揭示白垩纪全球平均气温比现今高3～10℃,海洋纬向温度梯度仅0.15～0.3℃/1°,全球海洋结构和大洋环流可能与现今完全不同,大洋环流的驱动很可能是盐度变化而不是温度差异.白垩纪深水沉积显示出从早白垩世碳酸盐台地相、含黑色页岩夹层、黑色页岩和大洋红层大规模出现一直到晚白垩世整体以大洋红层为主的转变.对该沉积转变机制及其与古海洋、古气候关系的研究正是IGCP463/494的主要科学目标.     

白垩纪古海洋气候变化及主要问题

白垩纪并非一直处于温室气候状态,存在着冰室气候间断。白垩纪古海洋气候也是如此。通过收集已经发表的古海洋气候资料,综合分析研究显示,该期全球古海洋气候可以分为早白垩世低温气候、中白垩世温室气候、晚白垩世冰室气候3个阶段;早白垩世可进一步识别K_1-Ⅰ温暖干燥气候、K_1-Ⅱ冷湿气候、K_1-Ⅲ温暖气候回升3个次级变化旋回;中白垩世整体处于温暖状态,不过,虽然极热气候在全球出现和结束的时间不尽一致,但总体上出现在赛诺曼一土仑期,局部地区如赤道太平洋早可以在阿尔布期,南极地区晚可推迟到晚白垩世坎潘早期;晚白垩世可划分为K_3-Ⅰ大幅降温冰室期、K_3-Ⅱ浅幅气候回升期、K_3-Ⅲ低温冰室期、K_3-Ⅳ短暂温室期4个次级气候变化旋回。还介绍了白垩纪古海洋温度计、冷赤道与低温度梯度、中白垩世黑色页岩、气候变冷及旋回、大气CO_2作用几方面重大问题,并做了简要讨论。     

浅析新生代气候变化与大气温室气体浓度的关系

摘要：根据国内外相关研究结果,对新生代气候变化与温室气体(特别是CO2)浓度在不同时间尺度上的可能关系进行初步归纳和探讨。在构造、轨道和千年时间尺度上,气候变化和温室气体浓度均有显著的相关性,表明温室气体无疑是影响地球气候系统的重要因素。同时,两者亦具有显著的“非耦合”特征,包括新近纪构造尺度上CO2相对稳定水平下的全球变冷和冰量扩张、轨道和千年尺度上CO2浓度变化滞后于气候变化、两半球气候的不对称演化等;两者变化的幅度、趋势和变率也常有不同。这些特征中的多数并不能用地球轨道参数的变化来直接解释,表明除太阳辐射和温室气体外,气候系统内部的其他一些因素或过程有时对过去的气候变化起到了决定性的作用。气候变化与温室气体浓度之间可能存在一种自调节功能,构成一个自调节系统而相互调控,而目前我们对这类过程与机理所知尚少。CO2、CH4等作为温室气体,在上述不同时间尺度的气候变化过程中,无疑对气温具正反馈效应。地质尺度上气候变化与温室气体浓度的关系与机理有助于理解当前全球增温的机制,但把过去与现在类比的同时,也要考虑其他边界条件的不同。加强气候模拟与记录对比的研究,对理解上述问题有望发挥重要作用。 关键词：新生代气候;温室气体;碳循环;人类活动     

永冻层对气候变暖的反应：借助区域气候模型评价

利用地球物理总观象台区域气候模型相应描述欧亚大陆气候变暖影响下多年和季节冻土状况的现代演化和可能发生的变化,本文旨在对其利用的条件进行评价。完成了计算和观测数据的比较。表明,详细分析植被和地形在地球物理总观象台区域气候模型中的分布可以完全真实地再现土热状态和区域特点。     

走进神农架,探寻远古冰川的奥秘

正全球变暖等气候问题日益引起世界的关注和重视,在地质历史过程中,也发生过极端的气候现象。现代冰川作为寒冷气候的产物分布于极地或高海拔地区,在地质历史时期,地球曾多次被冰雪覆盖,陆地、海洋到处分布有巨厚的冰川。据地质学家研究,在距今654-635百万年之间[1-2]的新元古代成冰纪,发生了极端的冰川事件,地球被冰雪完全覆盖,就连赤道地区都不能幸免,这被称之为"雪球地球"[2-3]。在这次极端寒冷事件期间,地表温度降