丁仲礼-古气候学5

生物圈、水圈变化
青藏高原隆升与行星波弯曲
一、岩石圈变动与气候变迁
1、地球各圈层相互作用 2、岩石圈变动控制气候的基本过程 3、新生代(65Ma)以来一些全球性事件
新 生 代 古 地 理 演 化 与 轨 道 参 数 变 化
新生代海洋氧同位素记录与重大气候事件和构造事件对比
新生代气候变化记录
Two Polar Ice-sheets
Antarctic Ice-sheet
No Ice-sheet
古新世
始新世
渐新世
a
65～54Ma
b
54～38Ma
晚中新世－ 早上新世பைடு நூலகம்
冬季风
c
38～24Ma
东南季风
中新世
上新世
冬季风
d
西南季风
东南季风
e
西南季风
东南季风
f
西南季风
东南季风
24～6.5Ma
青藏高原 干旱区界线
6.5～3.4Ma
古海岸线 夏季风
Fine-sized eolian loess deposited in the Plateau
Sampling sites in the Loess Plateau
Hongde Md(m)
60 40 20 0 L1-1 10 L1-3 L1-4 L1-5 30 40 50 S1 L2-1 30 L2-2 L2-3 40 L2-4 L2-5 S2-1 L1-2 10 S0 0
Loess Section
Holocene Soil (11ka)
LGM Loess (21-11ka)
Relationship between Loess grain-size and the distance of the Loess Plateau to the deserts Shorter distance Desert expansion Longer distance Desert retreat Fine loess grain-size Coarse loess grain-size
S0 L1-1 L1-2 L1-3
Ningxian Md(m)
10 0
L1-1 L1-2
Binxianbei Md(m)
10
S0
Binxian Md(m)
21 0 14 7 0
S0 L1-1 L1-2 L1-3 L1-4
Yongshou Md(m)
24 18 12 6
S0 L1-1 L1-2
Loess grain-size links to monsoon
Northward move of monsoon rainfall belt Northward retreat of desert margin
Increase in the distance of deserts to the LP
L1-5 S1 L2-1 L2-2
20
L1-5 L2-1
15
L2-1 L2-2 L2-3 L2-4 L2-5
20 25 30
30
L2-2 L2-3 L2-4 L2-5
20 25
L2-3 L2-4 L2-5 S2-1
L2-4 L2-5 40 S2-1
S2-1
S2-1
Xifeng Md(m)
30 0 20
3.4～2.5Ma
冬季风
图1 a古新世我国环境的空间格局分布图 d中新世我国环境的空间格局分布图 f上新世我国环境的空间格局分布图
b始新世我国环境的空间格局分布图 c渐新世我国环境的空间格局分布图 e中新世晚期－上新世早期我国环境的空间格局分布图
印度季风－阿拉伯海上升流增强的海洋证据
全球大洋传送带示意图
5
L1-3 L1-5
L1-4 S1
L1-5
10
10
S1
S1 L2-1
10
L2-1
S1
10
3、全新世气候变化的可能控制因素
（1）、地球轨道（总体趋势变化、千年级） （2）、太阳活动（年代级、世纪级、千年级） （3）、火山喷发（年代级到年级） （4）、人类活动（主要在2000年以来） （5）、气候系统内部过程
上：由太阳风变化 引起的地磁场变化
小冰期
下：太阳黑子数变 化（由碳14记录计 算而来）－虚线为 实际观察值
第五讲 古气候变化原因（二）
一、岩石圈变动与气候变迁 二、亚轨道尺度气候变化机制 三、人类活动与气候变化
1、土地利用与土地覆盖 2、大气温室气体排放
气候变化是影响人类文明的重要因素
1、土地利用与土地覆盖 2、大气温室气体排放
Changes of the Deserts in Northern China during the last Glacial Cycle: Implications for Causes of Recent Desert-Forming Process
If geological records can provide any implication for it?
Helan Mts.
Annual precipitation Western deserts: <150mm Eastern deserts: 200-450mm
Temporal and spatial changes of the deserts in the last glacial-interglacial period
Causes for the desert-forming are not fully understood:
Natural processes or human activities? Or both?
Heavy Agriculture
Overgrazing
What measures should be taken to stop the desert-forming process?
第五讲 古气候变化原因（二）
一、岩石圈变动与气候变迁 二、亚轨道尺度气候变化机制 三、人类活动与气候变化
1、气候不稳定性 （不同时间尺度）
全新世的气候波动与不稳定性
亚大西洋期(0-2500年)
亚北方期(2500-5000年)
大西洋期 (5000-7500年)
北方期 (7500-9800年) 前北方期 (9800-10500年) 新仙女木期 阿尔露德期 老仙女木期
据徐国昌，1997
Distribution of tree rings and low-resolution records used here
(9: Tan et al. GRL, 2003 and 10: Yang et al. GRL, 2002 from China )
Comparison of the low-resolution proxy records
Yangling Md(m)
20 15 10 5 0
L1-1 L1-2 S0
30
20
30 0
20
L1-1
10
S0 L1-2 L1-4
5
5
L1-4 L1-5
Depth(m)
L1-3 L1-4 L1-5
5
L1-3
5
5
L1-3 L1-4 L1-5 S1 L2-1 L2-2 L2-3 L2-4 L2-5 S2-1
Data from China
Low-resolution series
Supplementary Figure 1
Tree ring
Supplementary Figure 2
Highly variable Northern Hemisphere temperatures reconstructed from low- and high-resolution proxy data
Z.L. Ding, J.M. Sun, S.L. Yang and T.S. Liu
(Institute of Geology and Geophysics, CAS, Beijing)
Desrtified Land : 3436
2 km /year
Causing tremendous environmental and social problems
地史时期板块 的裂解、漂移 、会聚、拼合 、碰撞及造山 、成盆等过程 不可逆地控制 了全球气候的 演变
古生代晚期泛大陆复原图
地壳运动(水平运动、垂直运动） 地形、海陆配置 生物地球化学过程、 大气圈温室气体浓度
大气、大洋环流
气候变化
新生代构造尺度气候事件 发生的“开关”(valve)在海洋
7－8Ma白令海峡开通
(Anders Moberg et al., NATURE, 2005, 433, 613-617)
2、研究全新世气候变化的主要材料
3、全新世气候变化的可能控制因素
（1）、地球轨道（总体趋势变化、千年级） （2）、太阳活动（年代级、世纪级、千年级） （3）、火山喷发（年代级到年级） （4）、人类活动（主要在2000年以来） （5）、气候系统内部过程
Paleo-records: Wind-blown loess deposits in the Loess Plateau Loess-sand deposits in the loess-deserts border Sand-soil deposits from within the deserts
17-14Ma格陵兰苏格兰海岭下沉 3.6 Ma巴拿马地峡关闭
8Ma印尼海道关闭
晚新生代青藏 高原隆升
32－30Ma德雷 克海峡和澳大利 亚-东南极海道 开通
新生代全球主要构造事件
现代全球表层洋流系统
澳大利亚板块 向北漂移 印尼海道在3－ 4Ma前后关闭 太平洋暖水流 人印度洋降低 印度洋SST下降 东非大陆变干
原始人类演化
垂直运动
高原抬升除从动力、热力两 方面作用于区域大气环流外 ，其全球性影响通过降低大 气二氧化碳浓度完成
核-幔边界热事件
地幔对流
板块运动 高原、山脉抬升 新鲜岩石暴露
硅酸盐化学风化
钙离子释放 碳酸钙沉积
青藏高原抬升的气候－环境效应： 季风形成与加强； 西风带分叉； 亚洲内陆干旱化；
大气CO2降低 气温降低
巴拿马地峡关闭、轨道驱动因素与北半球高纬 冰盖形成过程对比
巴拿马 地峡关闭
加勒比海流 的形成和西 大西洋边界 流的加强
赤道高盐高温 海水向北输送 并在挪威海一 带下沉
北大西洋 深水流形成
北半球冰盖 形成和发展
从三个层面开展研究
1、建立构造事件时间序列 2、建立气候－环境演变时间序列， 确定典型事件的空间表现形色 3、数值模拟与动力机制解释 (地质记录提供边界条件)
第五讲 古气候变化原因（二）
一、岩石圈变动与气候变迁 二、亚轨道尺度气候变化机制 三、人类活动与气候变化
古气候变化三个时间尺度
1、亚轨道尺度（sub-orbital time scales, 101－103年)－太阳活动(solar activity) 驱动 2、轨道尺度(orbital-scale)－日照(insolation) 季节、纬度配置变化驱动 3、构造尺度(tectonical-scale)－岩石圈构造 变化驱动
前二者表现为波动性，后者表现为不 可逆性
一、岩石圈变动与气候变迁
1、地球各圈层相互作用 2、岩石圈变动控制气候的基本过程 3、新生代(65Ma)以来一些全球性事件
地球的圈层分布
大陆碰撞与壳幔作用
200km
一、岩石圈变动与气候变迁
1、地球各圈层相互作用 2、岩石圈变动控制气候的基本过程 3、新生代(65Ma)以来一些全球性事件
Qingyang Md(m)
40 0 5
L1-3
Baimapu Md(m)
40 30 20 10 0 5 10
20
S0 L1-1 L1-2 L1-4
S0 L1-1 L1-2 L1-3 L1-4
10
Depth(m)
20
20
L1-5 S1 L2-1 L2-2 L2-3
10 15 20 25
L1-5 S1
太阳活动增－太阳风增－反射 宇宙射线增－宇宙成因同位素 减
3、全新世气候变化的可能控制因素
（1）、地球轨道（总体趋势变化、千年级） （2）、太阳活动（年代级、世纪级、千年级） （3）、火山喷发（年代级到年级） （4）、人类活动（主要在2000年以来） （5）、气候系统内部过程
全球大洋传送带示意图
Huanxian Md(m)
60 40 20
S0 L1-1 L1-2 L1-3 L1-4
Mubo Md(m)
60 40 20 0
S0 L1-1 L1-2 L1-3 L1-4
Quzi Md(m)
40 30 20 10 0 5 10 15
S1 L1-1 L1-2 L1-3 L1-4 L1-5 S1 S0