古气候复习(前9个ppt)

古气候学复习一、概论1．水的三相平衡点：水有固气液三相，在三种共存的情况下是最稳定且唯一的；一个大气压下，水在气态处于饱和状态下时的温度为热力学温标的标准点。

2.气候学：研究气候的特征、形成和演变，及其与人类活动的相互关系的一门学科。

气候与天气的区别：天气是指在某一瞬间或一个较短时间内大气的状态（温度，湿度，压强等）和大气现象（风，云，雾，降水）等的综合，天气是短暂的过程，天气变化快，变化周期短。

气候是指太阳辐射、大气环流、下垫面性质和人类活动在长期相互作用下，在某一段时间内大量天气过程的综合，不仅包括该地多年来经常发生的天气状况，而且包括某些年份偶尔出现的极端天气。

3.古气候学：主要研究器测时期之前的气候变化历史、过程及原因的学科，其目的是为预测今后气候变化及解决有关资源、环境问题服务。

4.地球系统：指由大气圈、水圈、岩石圈、地幔、地核和生物圈组成的有机整体；地球系统科学指的是研究地球各个圈层之间相互作用、相互联系、变化机制和变化机理，为全球环境变化预测提供科学依据。

5.盖亚假说：地球是一个有机的生命体，岩石、海洋和所有的生命构成一个不可分离的系统。

地球的各种生物有效的调节着大气的温度和化学成分；地球生物影响环境，环境反过来影响生物的进化；各种生物界之间主要由负反馈连接，保持生态的稳定性；大气能保持稳定不仅是取决于生物圈某种程度上也是为了生物圈；各种生物调节其物质环境，以便创造各类生物最优化的生存条件。

6.气候系统：气候系统由大气圈、水圈、生物圈、岩石圈、冰冻圈共同组成，气候是这些子系统相互作用的终极产物。

气候系统的最终能量来自太阳。

7.古气候变化的三个尺度：构造尺度—岩石圈构造变化驱动，不可逆；轨道尺度—日照季节、轨道配置变化驱动；亚轨道尺度—101-103太阳活动等驱动长尺度是短尺度的背景，短尺度是长尺度变化上叠加的扰动8. 末次盛冰期(LGM)21000年最大的变化是冰盖扩张。

现代陆地冰雪覆盖的面积为1500万平方公里，LGM时期为4000万平方公里。

LGM冰盖的增长主要在北半球，冰盖厚度达到2-3公里。

海平面下降120m，全球温度下降5-10°（赤道2-5°，极地15°以上）；全球总体降水量减少10%到30%；SST（海水表面温度）下降；沙漠扩大；气候带南移；动植物南迁。

9.反馈：正反馈是循环促进非平衡系统，负反馈是循环制约制约平衡系统。

水汽反馈，云辐射反馈，冰雪圈反馈，海洋反馈.10气候的驱动因素：外部因素：达到地球的辐射能量—太阳辐射强度和轨道要素地球行星反射率—云量，大气气溶胶，冰雪覆盖面积，陆地植被，地貌形态，海路分布格局进入地球系统中的太阳能在地球系统中滞留的时间—温室气体，水汽，CO2，甲烷（吸收长波辐射，反复加热地球）内部因素：火山活动，构造运动，人类活动11.地球轨道三要素：偏心率、斜率、岁差偏心率是地球椭圆轨道的离心率；斜率（轨道倾斜度）：黄道与赤道的夹角，现在为23.5°。

岁差：地轴晃动的结果。

冬至在黄道面上岁岁有差。

岁差的变幅受偏心率的影响。

12.从古气候角度看大气圈的主要作用是大气环流模式，温室气体浓度。

水圈的主要作用是1）大尺度水循环；2）地表风化-CO2；3）水汽为重要温室气体。

大洋垂直环流分为表层环流，次表层环流，中层流，深层流，底层流。

冰冻圈的主要作用是1）水循环2）冰雪反馈作用。

生物圈的主要作用：1）反馈作用2）大气温室气体浓度。

岩石圈的主要作用：1）控制大气、大洋环流模式2）控制大气温室气体浓度13.古气候的研究过程：1）选择一个问题2）取得研究材料3）对沉积物定年4）建立气候变化时间序列5）分析气候变化历史（周期，幅度，速度，趋势，特殊事件，相位关系，区域与全球对比）6）空间上变化特点7）探讨气候变化原因与机制（动力因素，动力过程，数值模拟常常是重要手段）8）预测气候变化二、古气候记录14.古气候记录的原理：根据不同沉积物的物质组成（生物的，物理的，化学的）和沉积特征，利用不同的研究方法和理论推测地质时期的气候。

15.古气候记录类型：器测记录；历史资料；各种自然记录（沉积物：海洋，湖泊，风尘沉积；冰；珊瑚；树轮自然地理变迁的遗迹）16.高分辨率的研究材料：树轮，玛珥湖，冰芯，珊瑚，石笋，历史记录低分辨率材料：深海沉积物，黄土沉积，湖泊沉积17.气候代用指标：利用沉积记录蕴含的一些物理、化学、生物和沉积特征，直接或者间接地指示过去气候环境变化的特征。

18.古气候指标：物理/化学/生物/沉积类指标黄土记录的古气候指标：物理指标：磁化率、颜色化学指标：元素比值、同位素比值生物指标：孢粉、植硅体、蜗牛等沉积指标：粒度参数、土壤形态磁化率是夏季风指标（磁化率与降水量正相关），粒度是冬季风指标；夏季风指标：化学风化指数；元素比值指标，指示黄土风化程度19.海洋记录类型：沉积记录，生物记录，物理化学记录海洋生物记录：有孔虫和海洋微体古生物；深海氧同位素；深海谈同位素；海洋生物指标与古温度、研盐度记录；珊瑚记录；海洋生产率记录20.同位素气候地层学：由于第四纪期间太阳辐射量在地球不同地区分配的变化造成地球上冰盖大小的增减，进而决定着大洋水体中18O/16O组成的变化，不同海区生物成因的碳酸钙壳体中的18O呈现同步的变化历史，因此可以利用生物壳体（浮游有孔虫、钙质超微化石、硅藻等）的氧同位素变化标定地层年代。

21.轨道调谐法时间标尺建立的方法与步骤：1.建立气候变化曲线；2.选择靶函数（ETP），确定使用什么函数进行周期提取；3.确定相位差；4.确定独立的年龄控制点；5．建立初始时间标尺；6．数学处理22.深海氧同位素氧同位素的冰期效应：冰期：大陆冰盖扩张，16O聚集，海洋18O增多，氧同位素偏正；植物萎缩，碳同位素偏负。

间冰期：冰盖减少，氧同位素偏负，碳同位素偏正。

23.氧同位素在古海洋学研究中的应用：查明地质历史上古海水温度的变化趋势；揭示全球气候变化周期变化规律；建立大洋水柱的垂向温度梯度变化。

24.影响海洋氧同位素分布的因素：海水温度对δ18O的影响；冰期效应与盐度效应；生命效应。

25.碳同位素的应用：指示水团的性质来源及年龄；指示大气成分、生物量及有机碳堆积量的变化；反映森林植被及冰期效应；在一定程度上反映温度，光强度26.海洋生物标志物：U K’37，TEX8627海洋生产率：生产率是指生物在能量循环过程中固定能量的速率，及单位时间单位面积内所产生的有机物的量，卡/平方厘米*年。

海洋生产率指的是浮游生物的产率。

28.古CO2浓度记录：CO2是一种重要的温室气体，在全球碳循环过程中，CO2浓度受控于不同尺度的影响构造尺度上：深部碳释放，有机碳的埋藏，表层硅酸盐的化学风化对CO2的消耗，碳酸盐岩的沉淀；轨道尺度上：与生物圈碳循环更为密切；千年以下的尺度上：生物圈和大气圈的交换进行。

CO2不光受上述因素影响，在过程中CO2本身就有一些反馈作用，有一定的自我调节能力，如光合作用。

29.温室CO2高，间冰期；冰室CO2低，冰期。

直接测量法，测量冰芯气泡。

30.海洋物理化学记录：古CO2浓度记录；陆地风化剥蚀的海洋记录；近岸风场、风力和降水变化记录；古气候与海洋化学的长期演化。

31.黄土记录与中国黄土时间标尺：1.黄土的分布2.黄土的地貌：沟谷纵横，塬、梁、茆。

3.黄土的风成成因：4.黄土的化学成分5.黄土的矿物成分6.黄土的地层与时代7.黄土的古气候指标黄土是由风力搬运和堆积的大气粉尘物质特点是1、成分的相对均一性；2、颗粒的分异性--极细沙以下颗粒3、沉积的松散性中国黄土的风成证据：1）分布在沙漠外围；2）沉积物层理；3）成分具均一性；4）粒度的空间差异性；5）地层的空间可对比性。

成分与地壳化学元素克拉克值接近。

矿物组合：石英，长石，云母，碳酸盐，粘土矿物（伊利石、蒙脱石）黄土的基本地层单元：黄土层、古土壤层、弱发育土壤层黄土层Li 古土壤层Si午城黄土（2.6--1.3Ma）L33－L15的沉积离石黄土下部(1.3--0.5Ma)L15--L5的沉积离石黄土上部（0.5--0.07Ma)L5--L1的沉积马兰黄土(0.07--0.0Ma)L1+S0磁化率为物质在磁场作用下，可被磁化的能力，它同磁性矿物的种类、含量、大小有关。

古土壤磁化率是黄土层的2-4倍。

控制因素主要有：火山灰与地外物质；成土强度；粒度与生物种类。

古土壤为红色，黄土层为黄色。

游离铁与全铁的比值作为夏季风强度变化的指标。

粒度变化的控制因素：同风力强度有关；同沙漠进退有关32.中国黄土记录中有哪些指标能够指示东亚冬、夏季风的变化？冬季风指标：粒度、风尘通量、碎屑石英粒度夏季风指标：磁化率、有机质含量、稳定C同位素比值（13C含量指示C3、C4植物含量）、10Be含量、化学风化指数(CIA、CaO/AlO3、Rb/Sr、Sr/Ba、Na2O/Al2O3、Fe2+/Fe3+、U/Th)、2古土壤碳酸盐含量33.从黄土记录怎样认识东亚季风演变历史及动力机制？i.建立指示东亚冬季风与夏季风的曲线；ii.通过轨道调谐，把曲线调到同一坐标上；iii.做频谱分析，得到东亚冬、夏季风的变化周期；iv.发现黄土成绩记录了明显的地轴倾斜和岁差周期，与全球冰量模型有很好的对比关系；提出了“全球冰量驱动模式”来解释东亚季风的演化及动力特点。

34.湖泊年纹层定义：湖泊沉积物中因季节驱动力而形成的原生沉积层，层偶的物质组成具有可以识别的年季节旋回。

35.玛珥湖的古气候指标：生物、物理、化学指标。

36.冰芯记录的特点：优点：时间序列长（80Ma）；高分辨率（季节，年）；高保真（低温）；多指标（海陆生物、人类污染、太空物质）；沉积后变化小耗资巨大，工作条件艰苦37冰芯记录的时间标尺:1）绝对年龄控制：AMS14C,210Pb2）年纹层记数：3）冰流模式时间标尺4）岁差、地轴倾角、地球偏心率轨道调谐的标尺5）冰层年龄与气体年龄（雪，粒雪，冰）6）冰芯时间标尺评价：冰芯上部：物理层位，化学季节变化冰芯中部：化学季节变化，标志层冰芯底部：流动模型，放射性同位素，相似比较38.39.40.大气粉尘冰期高，间冰期低。

41.冰芯与古气候对比：42.古气候的定量化重建定量化重建的意义：没有办法直接去测量古气候变化；地层中保留有各种气候的代用指标；定量化研究是理解古气候变化机制、确定模型边界条件和评估古气候模拟的关键。

现代过程的局限性：滞后性、可能随时改变、人类有影响。

基本原理：将今论古定量化方法：统计模型（孢粉、生物指标）指示种法、集合体法、多元校正函数法植被模型模拟：BIOME模型、全球动态植被模型、植被反演模型气候模式统计模型的局限性：指标与气候非直接关系；不能考虑CO2变化对植物生长的影响；不能考虑现代气候区间以外的气候变化。