中科院课件古气候第五讲1
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古气候变化原因（二）
一、岩石圈变动与气候变迁 二、人类活动与气候变化 三、全新世气候变化原因
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
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
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
0 100 200 300 30 20 10 160
L32 S32 L33
10 20 30 40 50 60
Depth(m)
L6 S6
S1 L2 L3 L4 L5 S5 S4 S2 S3
170 180 190 200 210 220
Depth(m)
Red
S7 S8 L9 S9 S10 S11 S12 S13 S14 L15 S15 S17 S19 S20 S22 L24 S24 L25 S25 S26 L27 S27 S28 S30 S31
S20
S23 S24
1600
1800
S26
2000
S27
O
S29
2200
S27 S28 S29 S30 S31 S32
L32 S32 L33
2400
250 260 270 280
L33 Red Clay
M G
L33 ~2.6 Ma)
Red Clay
2600
2800
3000
Age (ka)
原始人类演化
全球大洋传送带示意图
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
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
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
5 (F) 4 3 (G) 0
40
80
120 (A)
S2
L2 (~0.2 Ma)
200
30 40 50 60
L7
S3 S4 S5
400
S5
600
S6 S6' S7 L8 S8 L9 S9 S10 S11
L7 (~0.72 Ma) B M
S6 S7 S8 S9 S10 S12 S13
70 80 90 100 110 120
Jingbian >63 m (%)
0 80 60 40 20 (C)
Jingbian >125 m (%)
0 40 30 20 10 0 25 (D)
Lingtai Md (m)
20 15 10 (E)
S1 S2 S3 S4
Lingtai >63 m (%)
5 12 8 4 0
Deep Sea 18O (per mil)
1300
L6
Chiloparts ODP 677 18O 0 0.5 6 5 4 3
S16 L17 42 43 44 45 46 47 2100 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 L24 59 60 S24 61 62 L25 63 64 S25 41
Chiloparts ODP 677 18O 0 0.5 6 5 4 3
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
第四纪(2.6Ma)以来出现大幅度 冰期－间冰期波动，但叠加在 构造尺度气候事件之上
渭南黄土剖面
蓝田黄土－红粘土序列
Lingtai Section
SUS(10 -8 m3 /kg) 0
L1
Md(m) 0
SUS(10 -8 m3 /kg)
Md(m) 0
0 100 200 300 30 20 10
S0 2 3 4 S1
1
700
L7 5
S6
17 S17 L18 18
2000
L27
100
S6' S7
1400
19
S18 L19
L2
6
800
L8
20
S19 L20 S20
S27 L28 S28 L29 S29 L30 S30 L31
200
S8 S2-1 7 S2-2 8 L3 22 21
1500
L21 S21 L22 S22 L23
1800
1200
L14 S14 15 L15 S15 L16
L26
2500
S32
600
L6
37 38 39 40
S5-3 16
1900
S26 L33
1300
2600
Jingbian SUS (10-8m3.kg-1)
0 0 10 20
L3 L2 S1
Βιβλιοθήκη Baidu
Jingbian Md (m)
120 80 40 (B)
高原抬升
新鲜岩石暴露
硅酸盐化学风化 钙离子释放
碳酸钙沉积
大气CO2降低
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；造山带物理风化和 碎屑物质剥蚀量增加；硅酸盐化学风化增强导致大 气CO2浓度降低及全球气候变冷
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
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
800
1000
J
L15 S16
1200
Depth (m)
S12 L13 S13 L14 S14 S15 S17 S18 S19 S20 S21 S22 S23 S24 S25 S26 L15 S16
130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240
1400 L14 (~1.2 Ma)
900
L9
23 24 S9-1 25 1600 26 27
2200
Age (ka)
300
S3 L4 10 9
S23
S9-2
1000
L10 S10
28 29 30
2300
S31
400
S4
11
L11 S11 L12
1700
31
L32
L5
12
1100
13 L13
32 S12 33 34
2400
500
S5-1 S13 14 S5-2 35 36
70 80 90 100 110 120 130 140 150 160
230 240 250 260 270 280 290 300 Clay
Chiloparts ODP 677 18O 0 0.5 6 5 4 3
0
L1
Chiloparts ODP 677 18O 0 0.5 6 5 4 3
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
早第三纪的红层记录，中国宁夏寺口子
陇西22Ma以来红土剖面的磁性地层记录
印度季风－阿拉伯海上升流增强的海洋证据
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)
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
一、岩石圈变动与气候变迁 二、人类活动与气候变化 三、全新世气候变化原因
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
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
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
0 100 200 300 30 20 10 160
L32 S32 L33
10 20 30 40 50 60
Depth(m)
L6 S6
S1 L2 L3 L4 L5 S5 S4 S2 S3
170 180 190 200 210 220
Depth(m)
Red
S7 S8 L9 S9 S10 S11 S12 S13 S14 L15 S15 S17 S19 S20 S22 L24 S24 L25 S25 S26 L27 S27 S28 S30 S31
S20
S23 S24
1600
1800
S26
2000
S27
O
S29
2200
S27 S28 S29 S30 S31 S32
L32 S32 L33
2400
250 260 270 280
L33 Red Clay
M G
L33 ~2.6 Ma)
Red Clay
2600
2800
3000
Age (ka)
原始人类演化
全球大洋传送带示意图
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
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
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
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L7
S3 S4 S5
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S5
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L7 (~0.72 Ma) B M
S6 S7 S8 S9 S10 S12 S13
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Jingbian >63 m (%)
0 80 60 40 20 (C)
Jingbian >125 m (%)
0 40 30 20 10 0 25 (D)
Lingtai Md (m)
20 15 10 (E)
S1 S2 S3 S4
Lingtai >63 m (%)
5 12 8 4 0
Deep Sea 18O (per mil)
1300
L6
Chiloparts ODP 677 18O 0 0.5 6 5 4 3
S16 L17 42 43 44 45 46 47 2100 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 L24 59 60 S24 61 62 L25 63 64 S25 41
Chiloparts ODP 677 18O 0 0.5 6 5 4 3
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
第四纪(2.6Ma)以来出现大幅度 冰期－间冰期波动，但叠加在 构造尺度气候事件之上
渭南黄土剖面
蓝田黄土－红粘土序列
Lingtai Section
SUS(10 -8 m3 /kg) 0
L1
Md(m) 0
SUS(10 -8 m3 /kg)
Md(m) 0
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S6
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S18 L19
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6
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L8
20
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L21 S21 L22 S22 L23
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2500
S32
600
L6
37 38 39 40
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1900
S26 L33
1300
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Jingbian SUS (10-8m3.kg-1)
0 0 10 20
L3 L2 S1
Βιβλιοθήκη Baidu
Jingbian Md (m)
120 80 40 (B)
高原抬升
新鲜岩石暴露
硅酸盐化学风化 钙离子释放
碳酸钙沉积
大气CO2降低
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；造山带物理风化和 碎屑物质剥蚀量增加；硅酸盐化学风化增强导致大 气CO2浓度降低及全球气候变冷
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
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
800
1000
J
L15 S16
1200
Depth (m)
S12 L13 S13 L14 S14 S15 S17 S18 S19 S20 S21 S22 S23 S24 S25 S26 L15 S16
130 140 150 160 170 180 190 200 210 220 230 240
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900
L9
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S3 L4 10 9
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Chiloparts ODP 677 18O 0 0.5 6 5 4 3
0
L1
Chiloparts ODP 677 18O 0 0.5 6 5 4 3
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
早第三纪的红层记录，中国宁夏寺口子
陇西22Ma以来红土剖面的磁性地层记录
印度季风－阿拉伯海上升流增强的海洋证据
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)
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