晚白垩世(80Ma)东亚气候的数值模拟

利用美国国家大气研究中心(NCAR)的CCSM2全球气候系统模式以及重建的古地理资料研究了晚白垩世(80Ma)东亚的古气候特征。模拟结果表明:80Ma时期东亚地区大范围盛行的风向和气压系统随季节有显著变化,由此可以推断东亚地区当时是存在季风环流的。与现代气候比较,白垩纪时期大陆上空的大气环流系统经向特征更明显,这种特征可能与当时欧亚大陆东西向跨度较小有关。此外,在当时偏暖的背景下,东亚冬季风和夏季风呈现出一致的变化特征,即冬季风和夏季风都比现代强。年平均降水的分布型和现代的情况比较相似,降水最大值出现在10°S～10°N的赤道辐合带中,与西太平洋相邻的大陆东岸降水也较多,其中心超过1200mm,而在中纬度的内陆地区降水则稀少。虽然与现代情况相似,80Ma在30°N附近的西太平洋上也为多雨带,然而在东亚陆地上没有多雨带,这说明了青藏高原隆升在现代东亚夏季梅雨形成中的重要性。此外,模拟的80Ma时期东亚地区气候要比现代温暖,相同纬度的表面气温要高2℃以上,模拟的温度与地质证据估计的温度比较接近。     

新生代南极冰盖演化的模拟研究——气候场不确定性的影响

观测显示, 南极冰盖在始新世到渐新世交界时期(34 Ma)开始形成, 之后随着全球气候的逐渐变冷而扩张并趋于稳定。以此为约束, 可以检验气候模式和冰盖模式在模拟中晚新生代气候和冰盖演化的有效性。本研究采用冰盖模式ISSM4.18, 分别使用两个气候模式CESM1.2.2和NorESM-L模拟得到的新生代气候场为强迫场, 对南极冰盖的演化进行了模拟, 对比了两种气候场得到的南极冰盖演化的差异。其中, CESM1.2.2模拟采用的CO₂浓度是以重建的全球平均温度为约束反推得到的, 而NorESM-L模拟则是采用由地质记录中的CO₂代用资料重建得到的浓度。结果显示, CESM1.2.2模拟的气候场在30 Ma时可以在东南极形成冰盖, 在20 Ma和10 Ma该冰盖持续存在, 但始终都没有形成显著的西南极冰盖。而NorESM-L模拟的气候场在10 Ma之前都不能形成冰盖, 但在10 Ma时可以形成包括西南极冰盖在内的大冰盖。总的来说, 使用CESM1.2.2模拟的气候场给出的南极冰盖演化相对更为合理, 也在一定程度上说明了新生代全球平均温度重建的合理性。

     

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     

早始新世气候适宜期的驱动机制研究进展:来自藏南林子宗火山岩的制约SCIEI北大核心CSCD

早始新世气候适宜期(Early Eocene Climatic Optimum,简称EECO,53~51Ma)是新生代最重要的碳循环和气候扰动事件之一,深入了解其驱动机制对于我们更准确的预测和应对正在发生的全球变暖将具有重要的指导意义。本文根据最新研究结果,对该事件的驱动机制作一综述,主要包括以下几种观点:1)雷克雅内斯洋中脊扩张;2)伊豆-小笠原-马里亚纳海沟(IBM)一带弧前玄武岩大规模爆发;3)北美西部和东南亚地区大陆裂谷发育;4)风化作用减弱;5)岩石有机碳及硫化物氧化作用;6)银河系中星际暗物质的影响;7)大陆弧火山作用及其相关的变质脱碳;8)青藏高原南部林子宗火山岩大爆发。在系统综述其驱动机制的基础上,粗略估算了青藏高原南部早始新世林子宗火山岩爆发期的碳释放量,并探讨了其对EECO事件的驱动作用。     

青藏高原东部末次冰期最盛期气候的花粉证据

青藏高原许多湖泊钻孔、泥炭剖面等所揭示的花粉记录为重建当时的古气候提供了可靠的证据．应用这些资料探讨青藏高原东部末次最大盛冰期植被和气候．大约２５～１５ｋａＢＰ前后西藏东南部、川西若尔盖及青海柴达木和可可西里地区,气候寒冷干燥,年均气温比现今低６℃左右,植被以荒漠草原为主;在青海湖地区森林退缩演变为草原植被;甘肃临夏气候冷湿,年均温比现在低５～６℃,发育山地暗针叶林     

HN孔记录的淮北平原晚新生代8Ma以来气候及环境演化

淮北平原地处中国南北方过渡的关键带,该地区晚新生代沉积的深入研究不仅能为中国南北方过渡带古气候环境演化提供重要信息,而且能为构建中国晚新生代从东到西完整气候环境格局提供东部关键地区记录.但目前该区域晚新生代长尺度的气候环境记录非常缺乏.本文利用淮北平原HN钻孔沉积物岩性、粒度、磁化率、色度等分析结果,结合磁性地层年代学...     

千百年尺度气候快速变化及其数值模拟研究进展

千百年尺度全球气候快速变化是古气候研究中的一个重要内容。研究发现，末次冰期和全新世都存在着千年、百年尺度的快速气候变化，其变化幅度可以达到典型的地质变化或天文因子所造成的冰期/间冰期的气候振荡幅度，同时这些古气候事件具有全球性。对冰期和全新世气候变化的数值模拟揭示了气候系统对地球轨道参数变化的响应以及海洋、植被、冰盖、温室气体等反馈因子的重要性,其中大洋温盐环流对北大西洋淡水注入的敏感性与末次冰期和全新世气候快速变化密切相联。利用中等复杂程度的气候模式（EMIC）CLIMBER 2模拟了末次冰期典型时段（60~20 ka BP）D/O和Heinrich事件以及东亚气候的响应过程。模拟研究揭示了全新世青藏高原冰雪环境对亚洲—非洲季风气候的显著影响。今后的古气候模拟研究将在改进模式分辨率、结合古气候代用资料确定更加符合历史时期边界条件以进一步改善气候模式的基础上,更加注重气候突变机制的研究以及加强全球变化背景下的区域气候的长期变化研究。     

古气候模拟与气候模式

本文概要地介绍了国内外近年来古气候模拟研究的若干进展.内容包括国际古气候模拟比较计划的研究工作和中国科学院大气物理研究所开展的古气候模拟研究.作为气候模拟研究的重要手段,气候模式是非常关键的,因此,文中也对古气候模拟中使用的各种气候模式作了扼要的介绍.     

琼东南盆地新生代发育机制的模拟研究

琼东南盆地是南海西北陆缘上一个北东走向的伸展裂陷带,向西与北西走向的莺歌海盆地相接,因此其构造演化包含了较多红河断裂走滑活动的信息。综合地质分析与物理模拟实验,我们发现琼东南盆地的发育既受控于南海北部陆缘的南东向—南南东向伸展作用,而且受到红河断裂左行走滑作用的控制和影响。其中,中央坳陷带主要受控于南东至南南东向的伸展作用;南部坳陷带的发育主要受控于琼东南盆地的伸展及其沿北北西向边界断裂右行走滑作用的构造叠加;而北部坳陷带的发育主要受控于北西向断裂左行走滑作用。红河断裂左行走滑作用可能开始于晚始新世,晚于琼东南盆地的伸展裂陷作用,且早期走滑速率应小于琼东南盆地的伸展速率,早渐新世(T70)以后红河断裂左行走滑速率大于琼东南盆地伸展速率,导致琼盆西段的褶皱反转,以及一组北西—北北西走向张剪断裂的发育。     

晚白垩世(80Ma)CO2浓度对东亚气候影响的数值模拟

利用美国国家大气研究中心(NCAR)的CCSM2.0全球气候系统模式,并结合重建的古地理资料,研究了晚白垩世(80Ma)东亚气候特征以及CO₂浓度变化对东亚气候的影响。模拟结果表明： 与现代气候比较,晚白垩纪时期的东亚大陆冬季风和夏季风都偏强,具有同步变化的特点,并且中高纬度年平均地表气温明显增加,而低纬度地区有所下降,年降水变化的区域性特征明显; 就年平均而言,在 30°～40°N 的内陆地区地面净失去水分、变干燥,而在低纬度、大陆东岸以及高纬度地区,地表获得水分、变湿润。晚白垩纪CO₂浓度变化对大气辐射和大气热状况的影响是复杂的; 降低CO₂浓度可以导致东亚地区气候显著变化,冬季东亚中纬度地区大陆降温比其附近的海洋大,太平洋中高纬度的低压系统加强,因而造成东亚冬季风偏强; 而在夏季,中纬度大陆地区降温幅度大于海洋,西太平洋副热带高压减弱,因而夏季风减弱。对应于较低的CO₂浓度,年降水量在东亚及其沿岸的中、低纬度大部分地区显著减少,在东亚高纬度的大陆和海洋上降水的减少幅度不大,而在 30°N 附近亚洲大陆中部和东部的一些地区降水有所增加; 总体上,地表水分收支在东亚大陆的东部都是以负值为主,地面净失去水分、变干燥,其中 30°N 以南的大陆沿岸最显著; 而在东亚大陆的内陆地区,水分收支差异以0～0.5mm/天的正值为主,东亚大陆的东部是以地面净得到水分、变潮湿为主。     

郯庐断裂带早新生代的活动性质研究

郯庐断裂带是新生代以来中国东部大陆大地构造演化中最重要的构造带之一,对郯庐断裂的认识制约了大型盆地的形成演化的认识及油气资源的评价。本文在野外实地调查的基础上,从郯庐断裂带与地层的穿切关系入手,借助最新的地震反射剖面以及第一手野外资料,判定郯庐断裂带在新生代早期经历了强烈的活动,表现为左旋兼具逆冲的性质。通过分析覆盖在郯庐断裂带之上火山岩中的断裂发育样式和地震反射剖面上的地层覆盖关系,认为中新世以来,相当于渤海湾盆地的东营运动之后,构造应力场发生了变化,郯庐断裂带不再有显著的活动,发育了新的断裂体系。郯庐断裂新生代兼有垂向位移的走滑活动奠定了中国东部古近纪盆地形成、沉积演化和油气资源成藏的基本格局。     

Geochemical Evolution and Environmental Changes of Qinghai—Xizang Plateau Since Late Cenozoic

Long-and short-term climatic curves were preliminarily established based on the comprehensive analysis of geochemical information since the Late Cenozoic in the Qinghai Xizang(Qinghai-Tibet)Plateau.The curves show that the climate in the plateau was alternatively dry-warm and cold-wet during the period of 30-3.4 Ma when the plateau was not uplifted to an enough altitude and the monsoon was not completely formed either,In the period of 3.4-0.73 Ma.the climate fluctuated between dry-cold and wet-warm when the plateau was rapidly uplifted and the Asian monsoon was consequently formed.Since 0.73 Ma.the climate became even drier when the plateau continuously rose.In the Holocene period.the climate alternatively changed with a complex model of being cool-dry,warm-wet and cold-wet.     

藏北改则新生代早期逆冲推覆构造系统

藏北改则及邻区新生代早期发育大型逆冲推覆构造系统,由不同方向的逆冲断层、不同时代的构造岩片、不同规模的飞来峰和构造窗、不同类型的褶皱构造组成.羌塘中部发育羌中薄皮推覆构造,石炭系板岩和二叠系白云质灰岩自北向南逆冲推覆于上白垩统与古近系红层之上,形成大型逆冲岩席和弧形逆冲断层,原地系统古近纪红层下伏三叠系—侏罗系海相烃源岩.羌塘南部发育南羌塘薄皮推覆构造,导致班公—怒江蛇绿岩、三叠系—侏罗系海相地层及侏罗纪混杂岩自北向南逆冲推覆于古近纪红层与下白垩统海相沉积岩层之上,形成三条蛇绿岩片带、大量飞来峰和厚度较大的构造片岩.中新世早期火山岩层和湖相沉积呈角度不整合覆盖逆冲断层、褶皱构造和逆冲岩席,不整合面上覆火山岩年龄为23.7~19.1 Ma,指示中新世早期改则及邻区基本结束了强烈逆冲推覆构造运动.估算羌中逆冲推覆构造的推覆距离约100~115 km,南羌塘逆冲推覆构造的推覆距离约82~110 km;新生代早期改则逆冲推覆构造系统近南北方向逆冲推覆总距离为182~225 km,对应地壳缩短率为(50.3±2.7)%.     

Early Cenozoic Mega Thrusting in the Qiangtang Block of the Northern Tibetan Plateau

Recent mapping and seismic survey reveal that intensive compression during the Early Cenozoic in the Qiangtang block of the central Tibetan Plateau formed an extensive complex of thrust sheets that moved relatively southward along several generally north-dipping great thrust systems. Those at the borders of the ~450 km wide block show it overrides the Lhasa block to the south and is overridden by the Hohxil-Bayanhar block to the north. The systems are mostly thin-skinned imbricate thrusts with associated folding. The thrust sheets are chiefly floored by Jurassic limestone that apparently slid over Triassic sandstone and shale, which is locally included, and ramped upward and over Paleocene-Eocene red-beds. Some central thrusts scooped deeper and carried up Paleozoic metamorphic rock, Permian carbonate and granite to form a central uplift that divides the Qiangtang block into two parts. These systems and their associated structures are unconformably overlain by little deformed Late Eocene-Oligocene volcanic rock or capped by Miocene lake beds. A thrust system in the northern part of the block, as well as one in the northern part of the adjacent Lhasa block, dip to the south and appear to be due to secondary adjustments within the thrust sheets. The relative southward displacement across this Early Cenozoic mega thrust system is in excess of 150 km in the Qiangtang block, and the average southward slip-rate of the southern Qiangtang thrusts ranged from 5.6 mm to 7.4 mm/a during the Late Eocene-Oligocene. This Early Cenozoic thrusting ended before the Early Miocene and was followed by Late Cenozoic crustal extension and strike-slip faulting within the Qiangtang block. The revelation and understanding of these thrust systems are very important for the evaluation of the petroleum resources of the region.     

新生代亚洲形变与海陆相互作用

在现今各个大陆中, 亚洲经历的新生代形变最强. 白垩纪到老第三纪时的亚洲大陆, 不仅面积较今为小, 而且形态偏瘦"; 自从始新世印度与亚洲碰撞之后, 亚洲的面积与高度急剧增大. 随着青藏高原隆升和边缘海的张裂, 东亚原来西倾的地势发生倒转, 形成了从大陆中央隆升区向周围辐射的亚洲大河流系. 亚洲隆升有可能是北极冰盖形成与发展的重要因素, 因为隆升不仅改变大气环流、加剧风化作用, 而且还使西伯利亚河系改向北流, 通过注入北冰洋的淡水促使海水结冰、导致冰盖形成. 新生代亚洲形变, 也使得亚洲季风系统在早中新世形成, 又在约8 Ma与约3 Ma时强化. 同时, 西太平洋边缘海系列的形成, 也改变了亚洲大陆与太平洋之间的物质与能量的交换. 流经边缘海的太平洋西部边界流, 对于洋面升降和构造运动极为敏感, 在冰期低海面时边界流位于边缘海之外, 使大洋输向大陆的热量和水分大为减少. 今天, 亚洲与太平洋之间的能流与物流最为活跃, 可惜亚洲在全球气候环境演变中的重要性至今未能获得学术界的充分认识.      

柴北缘早新生代旋转变形特征及其构造意义

青藏高原东北部作为高原北东向扩展的前缘地带,新生代以来变形十分强烈,是研究青藏高原隆升变形过程和生长模式的关键地区之一。然而高原东北部何时卷入印度-欧亚大陆碰撞挤压变形系统以及高原扩展的运动学、动力学过程和机制等仍存在很大争议。大陆碰撞及持续挤压过程往往会伴随块体及其内部的旋转变形,而古地磁磁偏角可以定量恢复块体绕垂直轴发生的旋转变形,在研究块体旋转变形方面具有其独特优势。高原东北部,尤其是柴达木盆地,缺乏早新生代的细致旋转变形研究,制约了我们对高原东北部地区早新生代的旋转变形特征及其对印度-欧亚大陆碰撞远程响应的理解。柴北缘地区出露有近乎连续完整的早新生代路乐河组-下干柴沟组地层,为研究青藏高原东北部早新生代旋转变形提供了理想场所。本文对柴北缘逆冲带北中部的驼南和高泉两剖面早新生代路乐河组和下干柴沟组地层开展精细古地磁旋转变形研究:包括在驼南剖面布设4个时间节点、24个采点260个古地磁岩心样品,高泉剖面布设2个时间节点、14个采点150个古地磁岩心样品。通过系统岩石磁学和热退磁实验分析,揭示两剖面早新生代样品的载磁矿物主要是赤铁矿,并含有少量磁铁矿;所获得31个有效采点的高温特征剩磁方向通过褶皱检验和倒转检验,指示可能是岩石沉积时期记录的原生剩磁方向。结合柴北缘中部红柳沟剖面已有古地磁数据,三剖面古地磁结果一致表明柴北缘地区在45~35 Ma期间发生了显著(约20°)逆时针旋转变形。结合东部陇中盆地同时期古地磁旋转变形记录,发现二者具有反向的共轭旋转变形关系。综合青藏高原东部早新生代(52~46 Ma)旋转变形和渐新世以来走滑断裂活动等证据,我们认为:(1)高原东北部的共轭旋转变形是该地区对印度-欧亚碰撞的远程响应,其时间不晚于中始新世(约45 Ma);(2)早新生代自喜马拉雅东构造结至高原东北部,其两侧系统的共轭旋转变形很可能是该时期喜马拉雅东构造结北北东向压入欧亚大陆引起的右旋和左旋剪切作用导致,且剪切应力及相关的地壳缩短和旋转变形等呈现自东构造结地区沿北北东向逐步向高原东北部传递的特征;(3)古新世—始新世时期高原构造变形可能主要通过南北向挤压-地壳增厚模式、渐新世以来主要以沿主要断裂带的侧向挤出模式来调整。     

新生代的气候节律:赤道太平洋IODP320、321航次

新生代以来,地表气候在大趋势上逐渐变冷,并呈现出冷暖交替的变化节律.影响气候变化的因素主要包括太阳辐射量和地内气候系统的反馈效应.揭示气候变化的最终规律需要更准确的天文计算和更长、更可靠的气候替代性指标的重建.综合大洋钻探计划IODP 320、321航次在东赤道太平洋钻取了一系列保存完好、连续的深海沉积钻孔,为揭示新生代气候演变的规律提供了良好的研究材料.从全球视野的角度研究古海洋学和古气候学问题是揭示气候演变规律的良好方法,值得中国研究者借鉴.     

冈底斯岩浆弧东段沉积岩的早新生代变质作用及构造意义

青藏高原南部冈底斯岩浆弧形成于中生代以来新特提斯洋俯冲和新生代印度与欧亚大陆碰撞过程中。岩浆弧东部出露的中—新生代变质岩是研究大陆地壳组成、生长和再造的理想窗口。本文选择早新生代的变质沉积岩——石榴子石矽线石云母片岩和石榴子石黑云母片麻岩进行了岩石学和锆石U-Pb年代学研究。研究结果表明,石榴子石矽线石云母片岩由石榴子石、黑云母、白云母、斜长石、钾长石、矽线石、石英和金红石组成,峰期变质条件为730～750℃和0.78～0.81GPa。片岩和片麻岩中的锆石由继承的碎屑核和变质边组成,变质边给出的~(206)Pb/~(238) U年龄为51～72Ma,继承碎屑核给出的~(206) Pb/~(238) U(或~(207) Pb/~(206) Pb)年龄在314～3286 Ma之间,并具有340Ma、550Ma、1100～1200Ma、1500～1600Ma和1800Ma年龄峰值,表明这些变质岩的原岩可能形成于晚石炭世。本文研究表明,冈底斯弧东段的古生代沉积岩在早新生代的碰撞造山过程中被埋藏到约25km深的中-下地壳,经历了角闪岩相变质作用和部分熔融,由此导致了岩浆弧中-下地壳组成和同碰撞岩浆岩化学成分的变化。