周尚哲:冰期天文理论的创立与演变
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A b s t r a c t :T h ea s t r o n o m i c a l t h e o r yo f i c ea g ep r o v i d e s a nu p d a t es o l u t i o nt oQ u a t e r n a r yg l a c i a l i n t e r g l a c i a l c y c l e s b a s e do nt h el o n g t e r mv a r i a t i o n s o f t h r e ee a r t h ’ s o r b i t a l p a r a m e t e r s ,e c c e n t r i c i t y ,o b l i q u i t ya n dp r e c e s s i o n .T h i s t h e o r yh a db e e nu n d e r m o d i f i c a t i o no v e r o n e h u n d r e dy e a r s s i n c e i t w a s s u g g e s t e db y A d l h e m a r i n 1 8 4 2 ,d e v e l o p e d b yC r o l l a n df i n i s h e db yM i l a n k o v i t c hi n1 9 4 1 .S i n c e 1 9 6 0 s ,n u m e r o u s g e o l o g i c a l r e c o r d s f r o ms e a ,l o e s s a n di c e c o r eh a v eb e e ne x h i b i t i n gt h et h r e ed i f f e r e n t c y c l e s o f 1 0 0 k y r ,4 1 k y r a n d2 1 k y r ,d e m o n s t r a t i n gt h ev a l i d i t yo f t h e t h e o r y ,a n dm e a n w h i l e ,b r o u g h t s o m e r e v i s i o n s t o t h e t h e o r y .H o w e v e r ,t h e r e a r e s t i l l a l o t o f b r a i n t e a s e r s b e t w e e n t h eg e o l o g i c a l r e c o r d s a n dt h e t h e o r y t h a t n e e d s t o r e s o l v e .T h e c a l c u l a t i o nb y A .B e r g e r i n d i c a t e s t h a t t h e c u r v e o f i n s o l a t i o nc o n t r o l l e db yt h e t h r e e o r b i t a l p a r a m e t e r s e x h i b i t s s i m i l a r c h a n g e s f o r a t l e a s t p a s t 6M a , b u t t h e c u r v e s o f g e o l o g i c a l r e c o r d s p r e s e n t p i e c e w i s er e s p o n s e .F o r e x a m p l e ,o b l i q u i t yo f 4 1 k y r c y c l ew a s d o m i n a n t b e t w e e n5 3~ 1 4M a ;O n s e t o f t h e m a j o r n o r t h e r nh e m i s p h e r i c g l a c i a t i o ns t a r t e du pa t a p p r o x i m a t e l y 2 7M a ; 1 0 0 k y r p e r i o d i c i t y o f e c c e n t r i c i t y s u b s t i t u t e d 4 1 k y r p e r i o d i c i t y o f o b l i q u i t y a r o u n d 0 8M a , w h i c hi s c a l l e dt h e E v e n t o f M i d d l e P l e i s t o ,w h yt h em o s t p r o m i n e n t g l a c i a l i n t e r g l a c i a l t r a n s i t i o no c c u r r e da t t i m e o f m i n i m a l e c c e n eT r a n s i t i o n .I na d d i t i o n ;H o wt oe x p l a i nt h es l o wt r a n s i t i o n s f r o mi n t e r g l a c i a l t og l a c i a l a n dt h eq u i c k c e n t r i c i t yo f S t a g e 1 1a n dH o l o c e n e t r a n s i t i o nf r o mg l a c i a l t oi n t e r g l a c i a l i n1 0 0 k y r c y c l e s ,a n ds oo n .T h o s eq u e s t i o n sa s s o c i a t e dw i t ht h er e s p o n s e m e c h a n i s mo f t h ec o m p l e xe a r t hs y s t e mt ot h eo r b i t a l f o r c i n g ,a n dw e r ew a r m l yd i s c u s s e di nt h ep a s t d e c a d e .
1 8 K e yw o r d s :d i s c o v e r yo f o r b i t a l v a r i a t i o n s ; b e n t h i cδ Or e c o r d s ; e v o l u t i o no f A s t r o n o m i c a l t h e o r yo f i c ea g e s
T h eF o u n d i n ga n dE v o l u t i o no f A s t r o n o mi c a l T h e o r yo f I c eA g e
Z h o uS h a n g z h e
( S c h o o l o f G e o g r a p h i c a l S c i e n c e s ,S o u t hC h i n a N o r m a l U n i v e r s i t y ,G u a n g z h o u 5 1 0 6 3 1 ,C h i n a )
收稿日期: 2 0 1 4- 0 1- 1 5 基金项目:国家自然科学基金项目( 4 1 1 7 1 0 1 4 ) 周尚哲, 教授, E m a i l : s z z h o u @s c n u . e d u . c n . 通讯作者:
2
华南师范大学学报( 自 然 科 学 版)
第4 6卷
他冰盖在距今 1 1k a 前彻底消失. 当时的南极冰盖
6 2 也比现在( 1 4× 1 0 k m ) 还大. 此外, 阿尔卑斯山形 5 2 成 2× 1 0 k m 的冰盖, 青藏高原、 安第斯山及其他
冰期天文理论的创立与演变
周尚哲
( 华南师范大学地理科学学院, 广州 5 1 0 6 3 1 )
摘要: 冰期天文理论是运用地球轨道偏心率、 地轴倾角和地转轴进动的 3种参数的变化幅度与周期来解释上新世— 第四纪期间冰期—间冰期交替变化的一种理论. 该理论 1 8 4 2年由 A d h e m a r 提出, 经过 C r o l l 发展到 M i l a n k o v i t c h 最终 0 0年的时间. 上世纪 6 0年代开始, 深海、 黄土、 冰芯等大量的地质记录都揭示出 3种周期变化, 证实 完成, 经历了整 1 冰期天文理论的正确性, 同时也对冰期天文理论带来了一些概念上的修正. 但是, B e r g e r 计算的天文曲线至少从 6M a 以来展示同一规律的变化, 然而地质记录却显示清晰的分段响应模式: 4 1k y r 的地轴倾角周期在 5 3~ 1 4M a 期间一直是记录曲线的主要特征; 北半球冰川作用只是在 2 7M aB P才开始大规模出现; 0 8M a 开始 1 0 0k a 周期转 变为主要周期, 称之为中更新世转型( M P T ) . 还有: 1 1阶段和全新世是 2个偏心率很低的时期, 但记录中却是冰期— 间冰期振幅最大的时期, 即大的间冰期为何出现于低偏心时期; 由间冰期进入冰期比由冰期进入间冰期时来得迅 速, 意味大冰盖建造需要很长的时间, 而消融则比较迅速. 这些都是冰期天文理论本身不能解释的问题, 正在由地球 响应系统的研究来探索答案. 关键词: 轨道参数变化发现;深海氧同位素记录;冰期理论修正 中图分类号: P 5 3 4 . 6 3 文献标志码: A d o i : 1 0 . 6 0 5 4 / j . j s c n u n . 2 0 1 4 . 0 2 . 0 0 1
1 ] 语[ . 业已查明, 在地球历史上发生过至少 3次大冰
6 2 6× 1 0 k m , 斯 拉冰盖组成的北美大冰盖, 面积达 1
Байду номын сангаас
堪的纳维亚冰盖、 不列颠冰盖和巴伦支冰盖组成的欧
6 2 6 2 亚冰盖面积 7 × 1 0 k m . 加上面积约 3× 1 0 k m 的格 6 2 陵兰冰盖, 北半球冰盖总面积达到约 2 6× 1 0 k m . 6 2 现在的北半球只留下 2× 1 0 k m 的格陵兰冰盖, 其
L G M) 为例, 当时形成劳伦泰冰盖和科迪勒 最盛期(
1 冰期问题
冰期是地质历史上温度大幅度下降、 冰川大规 模扩张的时期. 西方文献记载欧洲人在 1 7 4 2年就开 始注意阿尔卑斯山的冰川遗迹. 经过近百年的研究 积累, 1 8 3 7年, 德国科学家 K a r l F r i e d r i c hS c h i m p e r 创造了冰期 ( E i s z e i t , i c ea g e或 g l a c i a l a g e ) 这个术
华南师范大学学报 ( 自然科学版) 2 0 1 4年 3月 第4 6卷第 2期 J O U R N A LO FS O U T HC H I N AN O R M A LU N I V E R S I T Y ( N A T U R A LS C I E N C EE D I T I O N ) M a r . 2 0 1 4 V o l . 4 6 N o . 2 文章编号: 1 0 0 0- 5 4 6 3 ( 2 0 1 4 ) 0 2- 0 0 0 1- 0 9