“深时环境、气候与生命”主题专辑目次

<正>当前由于全球变暖趋势不断加剧,逐渐升高的大气CO_2浓度使地球向更温暖的气候状态发展,可能在未来百年尺度内达到"温室气候"。这种气候恰好不属于人类演化过程中和当前所处的"冰室"气候状态。因此,国际科学界面临的重大科学命题就是,地球如何从冷变暖进入"温室气候"状态?变暖过程中地表环境-气候-生物体系的变化及其相互关系如何?为了深入理解这种变化,以探究"深时(Deep     

二叠纪—三叠纪古气候研究进展——泛大陆巨型季风气候:形成、发展与衰退

巨型季风是指二叠纪—三叠纪期间泛大陆上存在的强烈季节风,它的形成与泛大陆的形状、海陆分布及大陆的纬向分布密切相关。从晚石炭世泛大陆的聚合至晚侏罗世—早白垩世泛大陆裂解,巨型季风经历了形成、发展到衰退的过程。在三叠纪,泛大陆很大且几乎关于赤道对称,巨型季风达到最大强度。它对古气候、古环境、古生物及沉积等都产生了深刻的影响,使泛大陆低纬度地区呈现出干旱和潮湿交替的气候特征,蒸发岩和红层广泛分布;高纬度地区温暖潮湿,煤层大量分布;科罗拉多高原(美国西部)、西特提斯(欧洲)和东特提斯(中国)等地的二叠纪—三叠纪沉积地层也显示了受巨型季风影响的特征。     

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。     

未来百年全球气候变化分析

未来百年全球气候变化的影响是当前学术界激烈争议的议题,深入探讨全球气候变化的驱动机理才能正确认识全球气候变化.持续生长的青藏高原吸收了巨量的CO2,导致大气中CO2浓度大幅下降,使地球从温室气候进入到以冰期、间冰期交替出现为特征的冰室气候,青藏高原成为新生碳储库.在间冰期,青藏高原和蒙古高原将淡水输送到中低纬度内陆区(...     

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。     

华南纳庆剖面早二叠世沉积记录对米兰科维奇旋回的响应

早二叠世晚期发生了显生宙以来规模最大的冰川消退事件, 地球气候经历了由冰室向温室的转变。然而, 低纬度地区对此次气候变化的响应细节仍存较多疑问。华南板块在早二叠世位于古特提斯洋中, 发育连续的海相碳酸盐岩沉积序列对气候变化响应敏感。本研究利用高分辨率Fe元素含量作为古气候替代指标, 对贵州省罗甸县纳庆剖面392.3 m至487.9 m的下二叠统亚丁斯克阶-空谷阶四大寨组进行旋回地层学研究。频谱分析显示研究段具有显著的7.46~10.46 m、2.01~3.15 m、0.46~0.68 m、0.27~0.39 m谱峰, 其比例约为26.7:7.8:1.7:1, 与利用La2004模型推算的早二叠世天文轨道周期比例(23.9:7.4:1.9:1)基本一致。利用405 ka偏心率校准的Fe元素序列存在405 ka、117 ka、90 ka、30.1~35.8 ka、15.6~22.9 ka周期信号, 表明沉积记录受到米兰科维奇旋回控制。估算出研究段的平均沉积速率为2.15 cm/ka, 构建了288.1 Ma至282.9 Ma, 持续时间约为5.16 Ma的高分辨率天文年代标尺。研究证实周期约为1.36 Ma的超长斜率旋回控制了海平面的升降, 但其控制机制在冰室和温室两种气候状态下并不相同。超长斜率旋回在冰室状态下通过控制高纬度冰川消长影响海平面变化; 在温室状态下, 斜率旋回或通过影响大陆含水层控制海平面升降。

     

用冰川区水量(物质)平衡模型估计气候变化对冰川水资源影响的初步研究

本文提出了一个水量(物质)平衡模型,估计可能的气候变化对冰川区水文的影响。以天山北坡乌鲁木齐河源1号冰川为例,假设温度升高1—4℃和相应的降水量变化为0,±10%,±20%组合成二十种气候变化情景进行计算。结果表明:目前的冰川融水量(R_i)是处在冰川退缩阶段的高值期,假设的二十种气候情景下的R_i均小于此值。因此,未来全球气候变暖,将会导致我国西北高寒山区以冰川融水补给为主的河川径流量逐渐减少。     

我国喜马拉雅地区适应气候变化能力建设的需求调查与分析

喜马拉雅地区是全球潜在关键区,过去几十年的气候变化已导致该地区冰川消融,与冰川有关的灾害风险与日俱增,随着气候的持续变暖,冰川消融将对该地区水资源供给产生负面影响.基于社会调查和实地考察,分析了我国喜马拉雅山地区冰川消融对灾害的可能影响,对水电发展的现实和潜在影响,并详细分析了气候变化对农业、牧业和林业的影响.根据调查问卷,分析了当地在适应冰川消融方面的迫切需求,社会经济不同部门适应气候变化的需求.以位于珠峰北坡朋曲河流域的定日县为典型区,探讨了在该县增强适应气候变化能力建设问题.当地应首先加强气候防护基础设施建设,以应对目前强降水增加引发的山洪、冰川加速消融导致的冰川洪水和泥石流危害、气候暖干化导致的农牧业干旱;开展以水能为主,多能互补,能源多样化建设,既可加快当地社会经济发展,又可促进当地居民适应气候变化能力的提高;吸引本地人才回流,加强各级岗位人才培训,提高管理水平和技术水平;大力开展科普宣传,提高农牧民对气候变化及其影响的了解和认识,增强其防御和应对能力.     

乌鲁木齐河源区44a来气候变暖特征及其对冰川的影响

应用乌鲁木齐河源区大西沟气象站1961-2004年44 a逐日气象观测资料,从最高、最低气温、日较差及积温变化角度分析了河源区的气候变暖特征.结果表明:最低、最高、年平均气温、冬季极端最低气温均呈升高趋势,并且最低气温的上升幅度大于最高气温的上升幅度,呈非对称性变化;气温日较差有显著变小的趋势;日照时数有变少的趋势,可能与大气中水汽含量的增加、云量增多有关,显示了大气水汽温室效应在气候变暖过程中的重要作用.河源区云量出现主要在下午到晚上,其增多显示的水汽温室效应使最低温上升明显,进而对冰川的消融和冰川冰的增温产生影响.计算了稳定通过T≥0℃的气候积温,其与冰川物质平衡相关性最大.最后讨论了积温变化趋势与1号冰川物质平衡的关系以及冰川对气候变化的敏感性.     

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...     

7.5~7.0 cal.ka B.P.气候事件在中国地区的表现及其动力机制

识别全新世气候事件、阐明其区域环境表现特征、揭示其驱动机制是理解气候系统变化行为、预测未来气候变化以及弄清考古学文化转变动因的关键,具有重要的科学价值和现实意义。随着高分辨率全新世古气候重建的进展,7.5~7.0 cal.ka B. P.事件逐渐被揭示,但到目前为止仍缺乏针对该气候事件各种类型证据的系统收集、对比以及对其产生动力机制的分析。本文基于中国26条古气候记录,系统总结了这一气候事件在中国地区的环境表现。结果显示,7.5~7.0 cal.ka B. P.气候事件在中国多个地区都有明显的反映,整体表现为温度下降、夏季风强度减弱。与全球其他地区的古气候记录对比显示7.5~7.0 cal.ka B. P.气候事件可能具有全球性的特征。与驱动因子系列对比发现该气候事件发生在北半球夏季太阳辐射逐渐减少、太阳活动减弱、火山活动频发、劳伦泰德冰盖快速融化期间,表明这4种因素在7.5~7.0 cal.ka B. P.气候事件发生过程中发挥了作用。未来需要更多测年准确、分辨率高的古气候记录定量-半定量刻画该气候事件的变化幅度、起止时间以及区域差异,同时结合古气候模拟揭示7.5~7.0 cal.ka B. P.气候事件产生的动力机制。

     

上新世热带海道变化影响东亚气候的模拟研究

上新世早—中期是巴拿马海道关闭及印度尼西亚海道收缩的关键时期。目前,针对这两个海道关闭的气候效应已有不少研究,但多数研究关注巴拿马海道、洋流变化及其与北半球高纬冰盖发育的联系,缺乏两大热带海道关闭/收缩对东亚气候影响及机理的研究。我们基于挪威地球系统模型(NorESM-L)探讨了印尼海道收缩及巴拿马海道的浅关闭对东亚气候的影响。结果表明,热带海道的关闭/收缩加强了北太平洋的经向梯度,进一步导致夏季近地表气温在东亚北部降低,东亚南部升高;降水在长江流域至中国东海一线显著增加,但在东亚南部至西南部显著减少。冬季,近地表气温在东亚大陆地区升高,降水减少。上述变化主要由印尼海道的收缩导致,除冬季温度外,巴拿马海道浅关闭对东亚气候的影响较弱。此外,结合定性的记录-模拟对比,我们进一步揭示出热带海道的关闭/收缩可在一定程度上影响东亚气候在中上新世的转型,但不是主要驱动力。     

地球圈层相互作用中的深海过程和深海记录（II）：气候变化的热带驱动与碳循环

地球轨道变化驱动冰期旋回的理论是气候演变研究在20世纪的最大突破。然而以65°N太阳辐射量为准的传统轨道理论，忽视了低纬区和碳循环的作用。本项目以“西太平洋暖池”为重点，通过地质资料和气候数值模拟的结合，揭示了“西太平洋暖池”和东亚季风发育的阶段性，发现了暖池海区冰消期表层水升温超前于北半球冰盖的融化。在南沙海区发现了碳同位素有40~50万年长周期，经过全球对比和对意大利上新世地层的实测与分析，证明这是世界大洋碳储库对于地球运行轨道偏心率长周期的响应，并推测是通过浮游植物群改变有机碳在海洋碳沉积中的比例所致。研究表明热带驱动和碳循环在气候演变中重要性，其正确认识是预测气候长期演变趋势的前提。是“深海973”项目总结报道之后的续篇，对上述成果作专题讨论。     

末次冰消期热带湖光岩玛珥湖古季风变化记录

末次冰消期热带湖光岩玛珥湖沉积物高分辨率的生物硅、总有机碳、总氮和总氢等有机地化指标记录显示了一系列百年至千年尺度的快速变化 ,表明季风环流系统运行的强烈不稳定性。这种不稳定变化与格陵兰冰芯记录的气候事件相比较 ,表现出一定的遥相关 ,但也表现出了末次冰消期初始转暖低纬度区超前高纬度区的显著不同 ,这种变化可能与低纬度区热带水文循环的驱动作用相关     

北黄海盆地中侏罗世-早白垩世构造体制转换期的古气候演化及元素地球化学响应

中侏罗世-早白垩世华北地台东部的北黄海盆地受古亚洲构造体制向滨太平洋构造体制转换的影响,其构造演化经历了伸展-反转挤压-伸展的转变.构造体制的差异不但表现在大地构造性质及其产生的地质效应上,也表现在盆地沉积特征、古生物及古气候等方面.本文以北黄海盆地东部坳陷X1井中侏罗统至下白垩统为研究对象,利用泥岩元素地球化学特征对...     

Interhemispheric synchrony of Late-glacial climatic instability as recorded in proglacial Lake Mascardi,Argentina

Several high-resolution continental records have been reported recently in sites in South America, but the extent to which climatic variations were synchronous between the northern and southern hemispheres during the Late-glacial–Holocene transition, and the causes of the climatic changes, remain open questions. Previous investigations indicated that, east of the Andes, the middle and high latitudes of South America warmed uniformly and rapidly from 13 000 ¹⁴C yr BP, with no indication of subsequent climate fluctuations, equivalent, for example, to the Younger Dryas cooling. Here we present a multiproxy continuous record, radiocarbon dated by accelerated mass spectroscopy, from proglacial Lake Mascardi in Argentina. The results show that unstable climatic conditions, comparable to those described from records obtained in the Northern Hemisphere, dominated the Late-glacial–Holocene transition in Argentina at this latitude. Furthermore, a significant advance of the Tronador ice-cap, which feeds Lake Mascardi, occurred during the Younger Dryas Chronozone. This instability suggests a step-wise climatic history reflecting a global, rather than regional, forcing mechanism. The Lake Mascardi record, therefore, provides strong support for the hypothesis that ocean–atmosphere interaction, rather than global ocean circulation alone, governed interhemispheric climate teleconnections during the last deglaciation. © 1997 John Wiley & Sons, Ltd.     

我国末次冰消期古气候时空演化特征初探

为探讨我国末次冰消期古气候时空演化特征,从北到南、从西到东分别选取8个和6个已发表的持续时间较长和分辨率相对较高的古气候记录,对比分析了我国末次冰消期气候演化(以Younger Dryas和Bφlling/Allerφd 事件为主)随纬度和海拔高度变化所表现出的趋势和规律.结果显示,末次冰消期的主要事件在我国基本均有显...     

近40年中国平均气候与极值气候变化的概述

随着中国气象局对近50年来逐日气象观测资料的释放,人们从不同的角度对中国平均气候和极端气候的分布特征有了更多的了解.从目前研究的结果来看,这些认识需要有一个集成,即需要有一个总体的归纳和解释.通过中国近40年来的温度极值和降水极值事件的分析认识到全球增暖和区域环流异常决定着气候极值事件的分布格局.与全球增暖相联系的是:我国微量降水在空间上表现为一致的减少趋势,我国北方寒潮事件显著减少,冷夜和冷日的减少与暖夜和暖日的增多并存,以及极端强降水有增多的趋势.与东亚季风气流和西风带气流异常对应的我国有效降水在区域分布上发生了显著变化,东部季风区中的"北涝南旱"从1970年代末转型为"南涝北旱",与华南的偏干一起形成了东部季风区降水从华南、长江到华北的"-、 、-"异常分布型,但华南在1991年出现了转湿的突变;东北和西北先后从1983年和1987年前后转为暖湿气候.极端温度和极端降水趋势的空间分布与平均温度和平均降水趋势的空间分布一致.     

末次冰期以来南海北部下陆坡区沉积有机质地球化学特征及其意义

选取南海北部下陆坡-深海平原过渡带典型沉积柱状样,通过对其沉积有机质的整体有机地球化学特征进行表征,探讨了南海下陆坡-深海平原区沉积有机质在冰期/间冰期旋回中的赋存状态、来源变化以及与古气候环境之间的相应关系。结果表明,总有机碳（TOC）、总氮（TN）和有机质稳定碳同位素（δ13Corg）与冰期/间冰期旋回有明显的对应关系,冰期时对应高值,间冰期时对应低值;而有机质稳定氮同位素（δ15N）表现为全新世时其值偏低,末次冰消期其值偏高,与气候旋回没有相关性; C/N值和δ13Corg值都表明南海北部下陆坡沉积有机质来源是陆相和海相的混源,且在末次冰期/间冰期尺度上主要以海相来源为主。     

珠江口盆地恩平凹陷恩平组物源体系分析及未来大洋钻探建议

物源体系分析是沉积盆地特征分析的重要内容,为进一步阐明珠江口盆地恩平凹陷恩平组的沉积特征和物源体系,本文拟利用恩平凹陷的三维地震资料和钻井数据,通过古生物环境分析和锆石U- Pb定年等方法,并借助地震剖面中古沟谷的识别、前积反射结构、地震多属性分析结果和沉积相带平面分布特征,对恩平凹陷恩平组物源体系特征进行综合分析。研究结果表明,恩平组PSQ1～PSQ2时期表现位明显的陆相湖盆特征,物源主要为珠江口盆地内隆起的古生代变质岩和中生代火成岩基底,少量来源于北部华南褶皱带的元古宙变质岩;随着PSQ3时期断层活动逐渐停止,湖平面不断上升,华南褶皱带物源供给能力明显增强,逐渐成为恩平凹陷主要物源。鉴于目前南海北部缺少陆相湖盆地层的完整岩芯剖面,制约了南海北部裂陷期构造- 沉积耦合研究并影响了该地区的油气勘探,建议下一步在南海北部陆相沉积盆地(如珠江口盆地)开展大洋钻探工作,以便获取更连续、时间精度更高,受风化作用影响更小的陆相湖盆地层的完整岩芯剖面。这不仅有利于指导下一步油气勘探,也可通过重建陆相沉积盆地不同地质历史时期的沉积变化过程,为了解古气候状态和预测未来气候变化提供重要依据。