地球圈层相互作用中的深海过程和深海记录(II)气候变化的热带驱动与碳循环.pdfVIP

第21 卷第4 期 地球科学进展 Vol. 21 No. 4 2006 年4 月 ADVANCES IN EARTH SCIENCE Apr. ，2006 文章编号：1001-8166（2006 ）04-0338-08 地球圈层相互作用中的深海过程和深海记录（II ）： 气候变化的热带驱动与碳循环* 汪品先，翦知湣，刘志飞 （同济大学海洋地质国家重点实验室，上海 200092 ） 摘 要：地球轨道变化驱动冰期旋回的理论是气候演变研究在20 世纪的最大突破。然而以65 N 太阳辐射量为准的传统轨道理论，忽视了低纬区和碳循环的作用。本项目以“西太平洋暖池”为重 点，通过地质资料和气候数值模拟的结合，揭示了“西太平洋暖池”和东亚季风发育的阶段性，发现 了暖池海区冰消期表层水升温超前于北半球冰盖的融化。在南沙海区发现了碳同位素有40 ~ 50 万年长周期，经过全球对比和对意大利上新世地层的实测与分析，证明这是世界大洋碳储库对于地 球运行轨道偏心率长周期的响应，并推测是通过浮游植物群改变有机碳在海洋碳沉积中的比例所 致。研究表明热带驱动和碳循环在气候演变中重要性，其正确认识是预测气候长期演变趋势的前 提。是“深海973 ”项目总结报道之后的续篇，对上述成果作专题讨论。 关 键 词：气候的轨道驱动；大洋碳储库；西太平洋暖池；东亚季风；偏心率长周期 中图分类号：P73 文献标识码：A 2000—2005 年国家重点基础研究发展计划学 列不能回答的“难题”。第四纪晚期的冰期旋回，为 科前沿项目“地球圈层相互作用中的深海过程和深 什么由4 万年变成了 10 万年周期（“10 万年难 海记录”（简称“深海973 ”）项目研究中的重大突 题”）？偏心率有10 万和40 万年2 种周期，为什么 破，是大洋碳储库长周期的发现和气候变化热带驱 看不到40 万年周期（“40 万年难题”）？距今约40 ［1］ 动的研究。本文是项目整体总结 之后的续篇，对 万年前的氧同位素11 期是百万年来最暖的间冰期， 于此项成果作专题介绍。 怎么能用当时微弱的轨道变化解释（“11 期难 ［2 ］ 题”） ？ 1 气候变化理论中的难题：问题的提出 其次，米兰柯维奇计算的只是北半球高纬区辐 地球轨道参数变化导致冰期旋回的米兰柯维奇 射量的物理效应，并没有考虑生物地球化学因素及 理论，是20 世纪气候演变科学研究中最大的突破。 低纬区在气候旋回中的作用。南极冰芯和全球变化 65 N 太阳辐射量的变化周期与冰期旋回深海氧同 的研究提出了新的问题：冰期里碳循环的变化，只是 位素记录一致，从而证实了米兰柯维奇理论。但是 冰盖张缩的效应，还是像冰盖一样，也能直接响应轨 轨道参数的缓慢变化，如何导致冰期旋回急剧而巨 道周期？轨道周期对季风、 ENSO 等低纬区气候系 大的气候差异，不仅驱动机理至今仍是科学之谜，而 统的驱动，是否也有全球作用？ 且理论本身也面临着一系列的挑战。 第三，为解释第四纪冰期旋回而建立的轨道驱 首先，米兰柯维奇理论建立之初就留下了一系 动理论，重点在于近几十万年，因而具有时间长度上 * 收稿