古地磁講課3-氣候變化

全球氣候變化

黃土－古土壤序列的古氣候意義西北大學地質(zhì)學系吳漢寧1.氣象災害對人類的影響問題1

以人類溫室氣體排放為核心的氣候變化問題已成為國際社會、科技界和社會公眾關注的焦點之一，且已深入到國際政治和外交層面。問題2

什么是溫室氣體？

溫室氣體(greenhousegases)是能將陽光帶來的部分熱量和地表釋放的部分熱量截留在地球大氣中的氣體?！毒┒甲h定書》規(guī)定了六種主要的溫室氣體，它們分別是：二氧化碳、甲烷、氧化亞氮、六氟化硫、氫氟碳化物和全氟化碳。

問題3

中國的排放量

長期以來，美國一直是世界上頭號CO2等溫室氣體的排放國。但是，近來國外有些機構(gòu)和學者認為，中國現(xiàn)在溫室氣體排放已超過美國，成為世界上最大的溫室氣體排放國。

中國的工業(yè)（鋼鐵、水泥、電解鋁等產(chǎn)量占世界首位）排放的CO2和農(nóng)業(yè)（水稻）排放的甲烷是被攻擊的主要目標。美國在2001年退出了《京都議定書》理由是它會損害美國經(jīng)濟中國（每年）排放了多少溫室氣體？

我們和美國的（年）排放總量大體相當；

從人均排放來看，中國人口有13億多，美國3億多。中國的人均排放約為美國的1/5。2003年，美國人均二氧化碳排放19.8噸，中國人均排放3.2噸（世界銀行數(shù)據(jù)）。

2004年中國人均排放量是發(fā)達國家人均水平的33％；

歷史累計排放：從工業(yè)革命到1950年，發(fā)達國家的排放量占全球累計排放量95％；1950—2000年，發(fā)達國家排放量占全球的77％；1904—2004年，中國累計排放占全球8％（世界資源研究所等國際機構(gòu)數(shù)據(jù)）；

從發(fā)展階段看，中國正處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化過程，這一階段溫室氣體排放增長較快。而最近15年，早已完成工業(yè)化、現(xiàn)代化的發(fā)達國家的溫室氣體排放總量，仍在1990年基礎上增長了11%；中國出口產(chǎn)品由發(fā)達國家消費、由中國買單的溫室氣體的排放量，大體上占中國排放總量的14—24％

。即中國排放總量中，為別人買單的約占20％。核心問題氣候變化（增溫）是人類排放溫室氣體引起?

還是自然氣候變化過程?

最近100年來全球溫度有上升的趨勢，但上升數(shù)值不大。

儀器記錄不夠長，還不足以說明氣候變化（增溫）是自然氣候變化，還是由于人類活動的影響。古氣候研究也許可以提供一個答案，供大家參考。人類活動的影響不容忽視自然氣候變化也存在afterMannetal.(1999)2.氣候變化（增溫）是自然氣候變化?——1000年來的氣候變化黃土高原的黃土-古土壤系列黃土Loessaeoliansiltdepositgrainsize10-50mmQuaternaryagedepositedduringglacialperiods古土壤Palaeosolsoilthatformsonloessduringinterglacialperiodsisburiedbymorerecentloess3.古氣候研究(Palaeoclimate)能否證明氣候變化是自然過程?盤旋在中國東北的巨大沙塵氣旋衛(wèi)星圖片顯示，一條厚厚的沙塵帶如蛇一般經(jīng)過紅海(2009.5.)2002年，巨大的塵霧席卷了位于悉尼西南400公里的澳大利亞小鎮(zhèn)格里菲斯2009年3月，沙特阿拉伯首都利雅得籠罩在一片塵霧之中黃土—古土壤系列（顏色的變化）afterCatt(1986),Pye(1987)loessdeposits黃土在全球的分布ChineseLoessPlateauCentralsub-regionWesternsub-regionhighsedimentation(upto23cm/kyr)lowprecipitation(~300mm/yr)youngerloesses(<800kyr)weaklypalaeosolslowsedimentation(~8cm/kyr)pristineloesshighprecipitation(~600mm/yr)loesses

s.s.since2.6Myrstronglydevelopedpalaeosolsweatheredloesses中國的黃土高原間冰期階段interglacialstagelesswindlowloesssedimentationmoreprecipitationhighertemperaturesthicksoils,noerosionmorevegetationreducedwintermonsoondominatingsummermonsoon冰期階段glacialstagedominatingwintermonsoonstrongwindhighloesssedimentationreducedsummermonsoondryconditionslowertemperaturessparsevegetationthinsoilcover,erosionhighinsolationlowinsolationEcosystemmodelTheinsolationchangesthestabilityoftheeco-systemstages.黃土－古土壤變化的生態(tài)系統(tǒng)模型adaptedfromSchefferetal.(2001)日曬黃土－古土壤磁化率的古氣候意義

安芷生等最早進行了中國黃土磁化率測量，注意到了古土壤與黃土磁化率的明顯差異。Heller與劉東生首次提出黃土－古土壤的磁化率可作為古氣候代用指標來反映古氣候變化。黃土－古土壤磁化率曲線與深海沉積物氧同位素曲線能很好對比，意味著中國風塵堆積、大陸冰量與全球氣候之間存在密切的內(nèi)在聯(lián)系，也表明中國黃土是全球氣候變化最好的陸相記錄之一。

從黃土高原的黃土—古土壤系列至少可以劃分出33個氣候旋回，即有33次冰期—間冰期的變化。黃土剖面磁化率與洋底氧同位素曲線的對比不同種類巖石內(nèi)部特性與其生成環(huán)境相關，也即可用磁化率表征其生成環(huán)境。黃土高原的黃土—古土壤系列可劃分出33個氣候旋回，即有33次冰期—間冰期的變化。marineandcontinentalsedimentsShackletonandHall(1989)Shackletonetal.(1990)Eachmajorpalaeosolcorrespondstoanoddnumberedoxygenisotopestage.Bothrecordsshowspecificfrequenciesinthepowerspectrum,whichareassociatedtothefrequencycontentoftheisolationcurve.Thefollowingperiodshavebeenrecognized:400kyr&100kyr–eccentricity41kyr–obliquity(changesofthetiltanglewithrespecttotheorbitalplane)19kyr&23kyr–precessionTheoccurrenceofpalaeosolsislinkedtotheglobalclimate.Spassovetal.2003b海洋沉積物與大陸沉積物的比較黃土磁化率與冰塵、鈹石含量變化的比較icedust,Be,susceptibilityLuochuan將Vostok

鉆孔冰芯氘同位素氣候曲線與涇陽剖面黃土磁化率曲線對比。15萬年來的氣候記錄對比結(jié)果表明：將冰芯同位素曲線劃分為Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ冷暖階段，可與黃土磁化率氣候曲線劃分的１、２、３、４、（５，６，７）、８、９、１０冷暖階段對比。其中冰芯記錄所反映的Ａ、Ｃ、Ｅ、Ｇ（或黃土記錄反映的１、３、５－７、９）為暖階段；Ｂ、Ｄ、Ｆ、Ｈ（２、４、８、１０）為冷階段。

總之，黃土磁化率記錄曲線與冰芯氣候記錄曲線的形態(tài)極為相似。指示了黃土高原地區(qū)的大陸氣候變化與極地氣候變化同受全球變化的影響。LithostratigraphyofLingtaihighsusceptibilityinPalaeosols(S)lowsusceptibilityinloesses(L)(12200samples)Redclayformation由磁化率變化得到的黃土—古土壤巖相序列0.78Myr0.92Myr1.01Myr1.78Myr1.96Myr2.60MyrSpassovetal.2003a

~7Myr

(Dingetal.,1998)33個氣候旋回，即33次冰期—間冰期的轉(zhuǎn)化黃土-古土壤序列+三趾馬紅土8Ma以來環(huán)境變化的連續(xù)完整記錄80100120140160150100503530253540302502040608020002004006008000-2-1012S0S1L2S2L3S3L4S4L5S5-1S5-3L6S6L7S7S8L9S9-1234567891011121314151617181920211S9-1S10S12-1L13S14S15S16S19S23L24S25S26L27S27S30S31L32S32L33地層序列深度(m)磁化率(SI)風化強度(%)年代(Ka)SPECMAP(OPDB)18地層序列深度(m)磁化率(SI)風化強度(%)第四紀黃土-古土壤序列（0-2.6Ma)S321020030405060306090120L33深度(m)磁化率(SI)地層序列晚第三紀三趾馬紅土（2.6-8Ma)巖性年齡磁化率（10－7m3kg-1）

靖遠剖面磁化率、古風向與河流階地對比圖呂建軍，吳漢寧（1998）風向變化河流階地年齡深海氧同位素

地球氣候從新生代早期的

溫室期向晚新生代的冰室期演化－－Globallong-termcoolingclimateModifiedZachosetal.,2001來自全球40余個DSDP和ODP鉆孔的深海沉積底棲有孔蟲殼體氧同位素記錄CourtesyofSunJM

黃土—古土壤巖相序列至少可清楚劃分出33個氣候旋回，即2.6百萬年以來至少發(fā)生過33次冰期—間冰期的轉(zhuǎn)化，即冷—暖交替變化?，F(xiàn)階段處于間冰期階段，現(xiàn)在的溫度并不比已發(fā)生過的間冰期溫度高。氣候的變化完全是個自然過程？人類排放溫室氣體疊加在自然氣候變化過程?結(jié)論4.空氣污染（Airpollution）可能影響氣候變化？

燃燒過程產(chǎn)生的CO2

引起的溫室效應。大氣中的微粒<10μm,也稱為微粒物質(zhì)(PM)，可深度吸入肺中，產(chǎn)生細胞毒素和誘發(fā)炎癥。可能引起日照變化和溫度升高？以人為溫室氣體排放為核心的氣候變化問題，主要是發(fā)展中國家（如中國）的鋼鐵、電解鋁、水泥等產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的CO2、微粒物質(zhì)等大氣污染問題，已成為某些國家攻擊中國的武器。空氣污染

AirpollutionParticulateMatter煤煙粒子

soothyparticle1000xmagnified車輛尾氣

vehicleexhaustemmiss