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(xué)地質(zhì)學(xué)系吳漢寧1.氣象災(zāi)害對(duì)人類的影響問(wèn)題1

以人類溫室氣體排放為核心的氣候變化問(wèn)題已成為國(guó)際社會(huì)、科技界和社會(huì)公眾關(guān)注的焦點(diǎn)之一，且已深入到國(guó)際政治和外交層面。問(wèn)題2

什么是溫室氣體？

溫室氣體(greenhousegases)是能將陽(yáng)光帶來(lái)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。《京都議定書(shū)》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(wèn)題3

中國(guó)的排放量

長(zhǎng)期以來(lái)，美國(guó)一直是世界上頭號(hào)CO2等溫室氣體的排放國(guó)。但是，近來(lái)國(guó)外有些機(jī)構(gòu)和學(xué)者認(rèn)為，中國(guó)現(xiàn)在溫室氣體排放已超過(guò)美國(guó)，成為世界上最大的溫室氣體排放國(guó)。

中國(guó)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(biāo)。美國(guó)在2001年退出了《京都議定書(shū)》理由是它會(huì)損害美國(guó)經(jīng)濟(jì)中國(guó)（每年）排放了多少溫室氣體？

我們和美國(guó)的（年）排放總量大體相當(dāng)；

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

2004年中國(guó)人均排放量是發(fā)達(dá)國(guó)家人均水平的33％；

歷史累計(jì)排放：從工業(yè)革命到1950年，發(fā)達(dá)國(guó)家的排放量占全球累計(jì)排放量95％；1950—2000年，發(fā)達(dá)國(guó)家排放量占全球的77％；1904—2004年，中國(guó)累計(jì)排放占全球8％（世界資源研究所等國(guó)際機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)）；

從發(fā)展階段看，中國(guó)正處于工業(yè)化、城鎮(zhèn)化過(guò)程，這一階段溫室氣體排放增長(zhǎng)較快。而最近15年，早已完成工業(yè)化、現(xiàn)代化的發(fā)達(dá)國(guó)家的溫室氣體排放總量，仍在1990年基礎(chǔ)上增長(zhǎng)了11%；中國(guó)出口產(chǎn)品由發(fā)達(dá)國(guó)家消費(fèi)、由中國(guó)買單的溫室氣體的排放量，大體上占中國(guó)排放總量的14—24％

。即中國(guó)排放總量中，為別人買單的約占20％。核心問(wèn)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(guò)程?

最近100年來(lái)全球溫度有上升的趨勢(shì)，但上升數(shù)值不大。

儀器記錄不夠長(zhǎng)，還不足以說(shuō)明氣候變化（增溫）是自然氣候變化，還是由于人類活動(dòng)的影響。古氣候研究也許可以提供一個(gè)答案，供大家參考。人類活動(dòng)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(lái)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(guò)程?盤旋在中國(guó)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(guò)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(guó)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(jìn)行了中國(guó)黃土磁化率測(cè)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(biāo)來(lái)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(duì)比，意味著中國(guó)風(fēng)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(guó)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(gè)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(duì)比不同種類巖石內(nèi)部特性與其生成環(huán)境相關(guān)，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(gè)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(yáng)剖面黃土磁化率曲線對(duì)比。15萬(wàn)年來(lái)的氣候記錄對(duì)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(duì)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(gè)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(lái)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(fēng)化強(qiáng)度(%)年代(Ka)SPECMAP(OPDB)18地層序列深度(m)磁化率(SI)風(fēng)化強(qiáng)度(%)第四紀(jì)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(jì)三趾馬紅土（2.6-8Ma)巖性年齡磁化率（10－7m3kg-1）

靖遠(yuǎn)剖面磁化率、古風(fēng)向與河流階地對(duì)比圖呂建軍，吳漢寧（1998）風(fēng)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(lái)自全球40余個(gè)DSDP和ODP鉆孔的深海沉積底棲有孔蟲(chóng)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(gè)氣候旋回，即2.6百萬(wàn)年以來(lái)至少發(fā)生過(guò)33次冰期—間冰期的轉(zhuǎn)化，即冷—暖交替變化。現(xiàn)階段處于間冰期階段，現(xiàn)在的溫度并不比已發(fā)生過(guò)的間冰期溫度高。氣候的變化完全是個(gè)自然過(guò)程？人類排放溫室氣體疊加在自然氣候變化過(guò)程?結(jié)論4.空氣污染（Airpollution）可能影響氣候變化？

燃燒過(guò)程產(chǎn)生的CO2

引起的溫室效應(yīng)。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(xì)胞毒素和誘發(fā)炎癥?？赡芤鹑照兆兓蜏囟壬?？以人為溫室氣體排放為核心的氣候變化問(wèn)題，主要是發(fā)展中國(guó)家（如中國(guó)）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(wèn)題，已成為某些國(guó)家攻擊中國(guó)的武器。空氣污染

AirpollutionParticulateMatter煤煙粒子

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