全球变化课件04全球变化研究的主要途径

记录规范，精度高，但时间尺度短
• 考古和历史文献记录
记录欠规范，时间尺度不长，对重大事件研究意
义较大
代用资料
• 古环境感应体
待用指标丰富客观性强但干扰作用大。
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1.2环境属性信息
• a海洋沉积及深海沉积的氧同位素纪录 • b黄土与古土壤 • c孢粉和植物硅酸体 • d冰芯——同位素、甲烷气等 • e树木年轮——轮宽、密度、同位素等 • f湖芯——年代学、物理、化学、生物指标 • g石笋——微层厚度、同位素、微量元素 • h珊瑚——微量元素、同位素等 • i考古和历史文献记录
风尘堆积作用>成土作用 形成黄土层 间冰期 成土作用>风尘堆积作用 形成古土壤层
黄土与古土壤层的交替变化是第四季冰期—间冰期环境周 期变化的反应，与深海氧同位素记录有良好的对应关系。
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b黄土与古土壤
两大重要指标：
粒度：用来反映黄土粗细程度的指标，粒度的大小差别反映 了风力搬运强度的差别。
磁化率：物质被磁化程度难易的一种量度。磁化率值的变化 与气候变化尤其是降水量的变化有一定关系。黄土-古土 壤序列中磁化率的变化被作为夏季风变化的指标（An, Z.S.）
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c孢粉和植物硅酸体
原理：
✓ 一个地区的孢粉雨的组成能够反映所在地区的植被组成，
是所在地区的植被的函数。
✓ 孢粉具有耐氧化、耐高温、耐溶解的质地坚硬的外壁，因
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主要天然环境档案的特征
（根据Ｈans Oeschser and John A.Eddy,1988）
档案
时间分辨率时间长度（年） 可提取的环境参
数
树木年轮 年／季 104
T H Ca V M L S
湖泊沉积 年
104~106
TBM
极地冰岩芯 年
105
T H Ca B V M S
中纬度冰岩芯 年
量方面的信息；V=火山喷发；M=地磁场；S=太阳活动
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a海洋沉积及深海沉积的氧同位素纪录
根据δ18O值 的变化，不 但可以计算 出有孔虫生 存时期的温 度，而且可 以对全球冰 量的变化进 行推断
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b黄土与古土壤
原理：黄土和古土壤层的交互出现是风尘堆积作用和成土作 用 两种对立的过程彼此消长的结果。冰期
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THBVMS
海湾沉积 年
105
T Cw L
黄土
10年
106
T Cs B M
海洋冰芯 100年 107
T Cs B M
花粉
10年
105
THB
古土壤
100年
105
T H Cs V
wk.baidu.com沉积岩芯 2年
107
H Cs V M L
历史纪录 天/小时 103
THBVMLS
T =温度；H=湿度或雨量；C=大气（a）、水(w)或土壤(s)的化学成分；B=生物
➢ 对过去全球变化的研究可以揭示各种过程之间不断变化着的平衡关系。
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1.1基本假设
？怎样重建 找证据 对证据进行标定与校核 依据的基本假设： 均一性假设 协同性假设 全息假设
复原
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1.2环境属性信息
根据来源和属性的不同，过去全球变化信息可分
为三种类型。
• 观测记录
• 陆地水体中水的18O/16O均小于标准大洋水中的18O/16O。蒸发和凝结作
用均与温度有关，δ18O与温度之间存在一定的关系
• 分析测试表明温度每降低1℃，δ18O在格陵兰地区降低0.70‰在南极
地区降低0.75‰在青藏高原北部降低0.65‰，根据这个关系，可以由 冰芯中的δ18O推断温度变化。
？为什么要重建：
➢ 由于地球系统中的许多过程具有很长的时间尺度，在现代的观测记录
中无法观测得到，也不可能通过实验的方法进行印证。因此，通过观 测所获得的全球变化信息是有限的。
➢ 现代环境中的许多现象是过去不同时间、不同环境状态下多形成的产
物的残留物的集合，其中的一些现象对现代环境特征起制约作用，认 识现代所发生的过程需要对所经历的历史有必要的了解。
此能够在沉积地层中长期保存下来。根据孢粉的组成及其 随时间的变化，可以推断植被在时间和空间上的演化过程 及环境的变化。
✓ 植物硅酸体忠实地记录了生产它的植物细胞的形态
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d冰芯
• 极地冰盖和中纬度高山冰川地区，冰雪终年不化，每年积累的雪最终
转换成冰，形成一个年层。从这些地区取得的冰芯中获得的主要记录 之一是氧同位素比率δ18O。
第四章 全球变化研究的主要途径
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内容提要
第一节 过去全球变化的重建
1.1基本假设 1.2环境属性信息 1.3空间和时间位置信息 1.4重建过去全球变化的主要步骤
第二节 全球变化的动态监测
2.1观测的主要内容 2.2观测的技术手段
第三节 全球变化的模拟
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第一节 过去全球变化的重建
• 树木年轮可提供时间分辨率为年或季的变化信息，是重建几十到几百年尺度
全球变化的最重要的信息源之一。
• 在树木横断面上的年轮的宽度可以反映树木生长量的状况。每年年轮宽度的
2大020，/3/说22 明青藏高原对气候变化的敏感性更大(姚檀栋等)。
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e树木年轮
• 树木年轮是树木形成层周期性生长的结果。在季节差异明显的地区，温暖或
湿润的生长季树木生长快，细胞大而细胞壁薄，形成较宽的浅色早材；寒冷 或干燥的季节树木生长缓慢，细胞小而细胞壁厚，形成较窄的暗色晚材；早 材和晚材合起来为一个年轮。
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d冰芯
重要指标：
✓ 冰川的净累积率可以作为降水量变化的指标； ✓ 在由雪转换成冰的过程中包裹在冰中的气泡里，记录着气泡生成时的大
气成分（CH4）；
✓ 冰芯中的化学成分和微量含量，记录了过去大气气溶胶的状况，以及地
球沙漠化和大气环流强度的状况等。
✓ 冰芯中保存的有机物质记录了当时的生物地球化学循环过程 ✓ 冰心中的火山灰和强酸信号记录了火山活动的历史 ✓ 冰心中的10Be等放射性同位素含量的变化反映了宇宙射线强度、太阳活
动和地磁场强度变化的历史
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d冰芯
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2020过/3/2去2 9万年两极冰芯气候环境记录对比( Blunier and Brook) 16
冰芯研究
近10万年来青藏高原古里雅冰芯气候记录与南极、北极冰芯记录具有相
似变化特征，但青藏高原冰芯记录的气候变化频率和变幅比极地冰芯的