郭正堂-第四纪环境讲义54页PPT

3.5
3.0
2.5
2.0 2.4 2.8 3.2 3.6 4.0 4.4 4.8 5.2 5.6 6.0 Ma
40
(c)
2.6Ma
20
3.3Ma
De Menocal, 1993
5.2Ma 6.6Ma
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450m
千年尺度的突发性冰筏事件：Heinrich事件
-全球变化研究
从地球系统的角度：
•理解调节地球系统的物理、化学和生物过程 •揭示系统正在发生的变化 •降低未来环境估测的不确定性
•水文循环与生物圈（BAHC） •陆地生态系统(GCTE) •大气化学(IGAC） •海洋-大气-陆架碳交换 (JGOFS)
•古全球变化（PAGES） •海洋生态（GLOBEC） •海岸带海陆相互作用 (LOICZ)
0.01
0 0
25.0 24.5 24.0 23.5 23.0 22.5 22.0 21.5
0 0.08 0.06 0.04 0.02
0 -0.02 -0.04 -0.06 -0.08
0
•超“轨道”时间尺度 •“轨道”时间尺度 •亚“轨道”时间尺度
偏心率：400ka, 100ka
-100
-200
-300
郭正堂-第四纪环境讲义
自信是向成功迈出的第一步
谈谈新生代古环境研究
1. 为什么要研究古环境演化？ 2. 重要的环境变化的地质记录 3. 中国在全球环境演化研究中的位置
一、为什么要研究古环境演化？
•国际地圈-生物圈计划(IGBP) •古全球变化研究(PAGES)
国际地圈-生物圈计划(International Geosphere-Biosphere Program:IGBP)
•土地利用/覆盖（LUCC） •数据信息（DIS） •分析-模型(GAIM) •研究与培训（START）
•最近2000年 •若干个冰期-间冰期旋回
全球变化研究中为什么要研究古环境演化？
•是环境预测的重要途径 -序列的延伸 -历史相似形
•是数值模型的重要科学基础 -找规律、查机制 -提供边界条件 -模型的检验和修正
Stacked FeD/FeT (%) Site 607 d18O (‰) Site 849 d13C(‰)
2
0
-2
-4
7 5 13
-6
1.0
Site 849 d13C (Raymo et al., 1988)
0.5
0.0
-0.5
Site 607 d18O(Ruddiman et al., 1989) -1.0
-400
-500 Age (ka)
-600
-700
-800
-900
地轴斜度:40 ka
-1000
-100
-200
-300
-400
-500 Age (ka)
-600
-700
-800
-900
岁差:23ka, 19ka
-1000
-100
-200
-300
-400
-500 Age (ka)
-600
-700
-800
•Heinrich H (1988) Origin and consequences of cyclic ice rafting in the Northeast Atlantic Ocean during the past 130,000 years. Quaternary Research 29:142-152
280
260800 1000 1200
1400 1600 1800 2000
二、环境演化的地质记录及其 为人类提供的新认识
-深海沉积：四次冰期与多次冰期理论、突变气候事件 -黄土-古土壤序列：陆地最长、最连续的古环境记录 -冰岩芯：全球大气成分变化历史与突变事件
0.06
0.05
0.04
0.03
0.02
新生代大洋氧同位素复合曲线
d18O
4
3
2
1
0
-1
(Miller et al., 1987)50
40
30
20
10
0
年代 (Ma)
海洋中的陆源碎屑 沉积： 冰筏事件的证据
射线强度
d18O/‰，PDB
中值粒径 / m
20
18
(a)
16
14
12
10
8
6
4
(b)
4.0
Shackleton et al., 2019
-900
-1000
Presession
Obliquity
Eccentricity
四次冰期理论：Penck & Bruckner (1909)
中国 鄱阳冰期 大姑冰期 庐山冰期 大理冰期
第四纪多次冰期理论的提出：
Emiliani, C., 1955, Pleistocene temperatures. Journal of Geology 63:538-678.
9
11
13
15
19 21
25 27
31
35 37
39 -1.5
-2.0
30
25
20
S0 L1
S1
S2
S3
S4
L3
L2
L4
S5-1 L5
15
0
100
200
300
400
500
S6 S5-3
L6
S7 S8
S9
S12
S13
S14
L14
L9
L13
(Guo et al., 2019)
600
700
800
900 1000
1100 1200
Age (ka)
海洋有孔虫壳体的氧同位素组成为什么能 反映全球环境(冰量)变化？
•介壳形成时所吸收18O和16O的比率受控于: 温度+周围海水的同位素组成 d18O=[(18O/16O)样品- (18O/16O)标准]/ (18O/16O)标准 •标准PDB-美国北卡罗来纳洲白垩系的Pee Dee Fotmation的拟箭石 •水蒸发时，H216O首先蒸发 •冰期：大量水集中在陆地，富集16O, 海洋18O相对增加 •全球冰量变化用底栖虫 •底栖虫与浮游虫同位素的差异反映海面温度(SST)
140
数值模型的重要科学基础 提供边界条件…
数值模型的重要科学基础 对模型的检验和修正…
区分自然因素和人类活动效应的有效方法
大气二氧化碳浓度变化 （900-2019年）
380
Carbon dioxide concentration (parts per million)
360
340
320
300
•区分自然因素和人类活动效应的有效方法
环境预测的重要途径 序列的延伸…
环境预测的重要途径 历史相似形…
数值模型的重要科学基础 找规律、查机制…
GRIP冰岩芯记录的气候系统的不稳定性
GRIP d18O
-30 -32 -34 -36 -38 -40 -42 -44 -46
0
20
40
60
80
100
120