十五万年以来的古气候及其研究方法综述

第17卷　第2期1998年 6月

地质科技情报

Geo logical Science and T echno logy Info r m ati on

Vol117　No12

Jun1　1998

十五万年以来的古气候及其研究方法综述①

丁　旋

(中国地质大学,北京,100083)

摘　要　简述了十五万年来古气候变化旋回及其中的短期波动事件,如新仙女木事件;概要地介绍了黄土、古海洋沉积、冰岩芯、树木年轮、洞穴碳酸钙等的古气候研究方法的最新进展;并指出在古气候研究中,必须注意多种方法的互相对比印证,才能保证结论的准确性与可靠性。

关键词　十五万年以来　古气候　研究方法

分类号　P532

气候变化及其对人类生存环境的影响问题已引起各国政府和科学家们的极大关注,特别是近十多年来气候异常在世界许多地区造成了一系列的自然灾害。另一方面,由于人类活动造成大气中CO2,CH4等温室气体含量增加,也严重影响到全球气候的变化。据初步估计,到21世纪中叶,全球年平均气温可增加115～415°C,平均海平面可增加20～40c m〔1〕。为了避免气候剧变给人类生存环境带来严重的不利影响,了解并掌握气候异常变化的成因机制并予以准确预测,变得极为迫切与重要。研究过去才能预测未来,通过对晚第四纪古气候的研究,探索古气候变化的动力成因机制并由此预测未来气候变化趋势就成为现阶段各国科学家们致力解决的重大科学问题。

近年来人类生存环境的严重恶化已引起国际有关组织的关注。70年代以来,国际上召开了一系列会议讨论与气候变化有关的问题,提出了若干个大型研究计划,其中与气候环境变化及预测紧密相关的研究计划有“世界气候研究计划(W CR P)”〔2,3〕,“全球变化,国际地圈—生物圈计划(IGB P)”〔4〕,“国际南北半球古气候计划(PANA SH)”〔5〕,其由IGB P的核心计划之一“过去的全球变化(PA GES)”为将点或区域的研究扩展到全球而提出。

针对这些明确的现阶段古气候研究目标,各国科学家经过多年努力,尤其是近年来多种古气候研究新技术、新方法的应用,对晚第四纪古气候变化旋回及其中的短期波动事件已有了比较深入的认识。

1　十五万年以来的古气候变化旋回及短期波动事件

第四纪古气候以全球性变冷为最突出的特征,表现为冰川作用的盛衰和气候带的迁移,出

①国家自然科学基金资助项目(49672135)成果

作者简介:丁旋,女,1964年1月生,现正攻读博士学位,研究方向为古生物学及地层学

收稿日期:1997209209 编辑:黄秉艳

现多次冰期和间冰期交替。经典的第四纪冰期分期是在阿尔卑斯山区、北欧—斯堪的那维亚和北美大陆建立的。1909年,Penck和B ruckner在阿尔卑斯山区划分出4次冰期:玉木冰期、里斯冰期、民德冰期、贡兹冰期和其间的3次间冰期,后又在阿尔卑斯山北部发现了更老的多瑙冰期和拜伯冰期;与之相应,北欧分为6次寒冷期(冰期)和5次温暖期(间冰期);北美分为4次冰期和3次间冰期;中国的第四纪也划分出4次冰期〔6,7〕。

洋底生物成因中w(18O) w(16O)的比值可以反映古气候,Em ilian i于1955年根据深海钻孔岩芯有孔虫壳∆18O值变化曲线首次建立了同位素期〔8〕。十五万年以来全球气候变化可划分为6期氧同位素分期事件:第1期为全新世冰后期;第2～4期为末次冰期,大致相当于玉木冰期,其中第2期为末次冰期最盛期,第3期为一间冰段,第4期为冰期,但其∆18O值未达到第2期和第6期的水平;第5期为末次间冰期,大致相当于里斯—玉木间冰期,该期中有3个轻同位素事件5 a,5c,5e,以5e最为突出,其氧同位素值最低;第6期为典型冰期。

末次冰期于118万a B.P.的盛冰期(氧同位素第2期)达到高峰,北半球大冰流于1150～1140万a B.P.开始迅速消融,世界海平面迅速上升,至1120～1100万a B.P.,世界气候进入全新世,也称弗兰德林间冰期。1150～1140万a B.P.大冰流开始迅速消融至全新世开始之间称为晚冰期,其气候波动剧烈,根据饱粉及其它气候指标,晚冰期有3次寒冷期和2次温暖期即最老仙女木期(冷)—波令(Bo lling)(暖)—老仙女木期(O lder D ryas)(冷)—阿勒罗德(A llerod) (暖)—新仙女木期(Younger D ryas)(冷)。

新仙女木事件(YD)为末次冰消期第一次变暖(Bo lling—A llerod期)后发生于1110～1100万a的短暂气候变冷。最近科学家们认识到BOA—YD旋回不是唯一的,而是约16个期限和形式类似的旋回构成的旋回系列的最后一个,该旋回系列被称为D an sgaerd—O eschger(DO)旋回。关于该旋回系列的证据目前仅在格陵兰冰盖和北大西洋沉积物中被发现,但其每一个旋回的冷间断在大气甲烷浓度上都有一次下降,表明DO旋回系列具有全球性。

通过比较北大西洋沉积物中的记录与格陵兰冰盖中的记录,Bond指出,DO旋回被包裹于较长时期的变冷旋回系列之中,每一旋回以冰川群的活动而达到顶峰,H ein rich发现了这些“Bond”旋回,现称为“H ein rich事件”。该事件被认为具有全球性,放射性碳定年给出的最近4次“H ein rich事件”分别在距今1145,2105,2170,3150万a之前〔9〕。

全新世冰后期指1120～1100万a B.P.至今的时代,在这1100万a时间里,气候变化的规律及未来发展趋势与人类关系密切,该期的研究以北欧的学者最有成绩,布列特2色南德尔根据北欧沼泽沉积中的植物化石及孢粉研究,将冰后期划分为5个气候期〔6〕:前北方期(p re2Bo re2 al)1103～0195万a B1P1(气候干冷)、北方期(Bo real)0195～0175万a B.P.(冬季干冷而夏季较暖)、大西洋期(A tlan tic)0175～0150万a B.P.(气候最宜期,温暖而潮湿)、亚北方期(sub2 Bo real)0150～0127万a B.P.(气候干凉而多变)、亚大西洋期(sub2A tlan tic)0127～0100)万a B.P.(气候凉爽潮湿)。

2　晚第四纪古气候研究方法

地质历史时期气候及自然环境的变化,由同期形成的各种不同的沉积物及生物忠实地记录下来。科学家们运用各种不同的技术方法及手段,最大可能地从地球上保存的这些古气候信息库中发掘出古气候信息,恢复古气候变迁史,分析古气候变化规律,为预测未来气候变化的趋势做出贡献。