全球氣候變化的研究現(xiàn)狀及主要方法探討

摘 要 為科學(xué)預(yù)測未來自然氣候變化及其變化趨勢，本文介紹國內(nèi)外全新世氣候記錄研究現(xiàn)狀以及兩種代表性的記錄方法：石筍重建古氣候和泥炭腐殖化度記錄方式，及其目前研究現(xiàn)狀和成果。

關(guān)鍵詞 全新世氣候;石筍;泥炭腐殖化

前言

在經(jīng)濟飛速發(fā)展的今天，氣候突變和環(huán)境問題不斷出現(xiàn)，嚴重威脅著人類生存和經(jīng)濟發(fā)展。全球變暖和極端氣候事件多發(fā)已經(jīng)成為人類生存和經(jīng)濟發(fā)展所面臨的嚴峻挑戰(zhàn)，為了避免氣候災(zāi)害的發(fā)生，需要研究氣候變化的規(guī)律和驅(qū)動機制。

1全新世氣候記錄研究現(xiàn)狀

全新世是1869年由哲爾瓦（P.Gervais）提出的，并在1932年國際第2屆第四紀會議正式通過。對于全新世的起始時間，目前國際上還存在較大分歧，1969年召開的國際第四屆第四紀會議確定起始時間為10000±250aBP，以新仙女木事件（Younger Dryas Evnet，簡稱YD事件）結(jié)束為全新世起始時間也是約11500aBP是目前應(yīng)用較為廣泛的劃分時間之一;約8KaBP時開始了中新世暖期，作為早全新世結(jié)束的標志;3KaBP環(huán)境變化激烈成為晚全新世開始的標志。全新世時間的劃定和三分法的廣泛應(yīng)用為全新世的研究奠定了基礎(chǔ)，使全新世在國內(nèi)外的研究取得了突破性的進展。

1.1 國外研究現(xiàn)狀

國外對全新世的研究主要趨向于全新世時期溫度和濕度的變化趨勢及其變化的驅(qū)動機制。東非湖泊鏈藻記錄[1]也提供了非洲14000年以來的降水歷史，10000～7200aBP是濕潤期，2200～0aBP為干旱期;7200～2200aBP具有很強的季節(jié)變化。Agnihotri對阿拉伯海12000年來的沉積記錄研究表明印度季風(fēng)與太陽活動有良好的匹配關(guān)系。熱帶非洲冰芯記錄提供了過去11700年的氣候變化歷史，揭示了3個突變氣候階段：8300，5200和4000年，其中4000年后是非洲歷史上最大的干旱期[1]。Esper建立的北半球中高緯14個地點的樹輪記錄表明，近1000年氣溫序列相似于被廣泛引用的北半球中高瑋度地區(qū)溫度變化曲線。

1.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀

國內(nèi)洞穴石筍研究最早是劉東生，主要闡述了層厚與降水的響應(yīng)關(guān)系，重建北京地區(qū)年分辨率的干濕變化趨勢。Wang通過研究南京葫蘆洞石筍重建了晚更新世以來東亞季風(fēng)演化序列，石筍δ18O與格陵蘭冰芯δ18O記錄相似，證實了東亞季風(fēng)與極地氣候具有遙相關(guān)。通過對董哥洞石筍的研究，用δ18O重建了1.5萬年以來貴州蓀波古氣候變化序列，分析了全新世早、中、晚期東亞夏季風(fēng)由弱-變強-再逐漸變?nèi)醯内厔?，降水由?增多-變少-再增多，氣溫由低-變高-再次變低的趨勢，證實了在全新世蒸波地區(qū)的古季風(fēng)環(huán)流與北極地區(qū)存在遙相關(guān)關(guān)系。劉子亭等[2]通過校正環(huán)境年代記錄，重建全新世環(huán)境演變的歷史，論證在早中晚全新世氣候經(jīng)歷了早中期逐漸增濕，然后在晚期逐漸變干的過程，此變化與全新世太陽輻射持續(xù)減弱有關(guān)。因此，國內(nèi)研究的主要方向是全新世內(nèi)部的氣候變化，全新世氣候變化驅(qū)動機制研究相對薄弱。

2石筍重建古氣候

利用洞穴沉積物重建古氣候最早是由ONeil和Hendy提出，洞穴石筍研究發(fā)展迅速，取得許多有意義的成果。目前石筍重建古氣候主要是利用多種環(huán)境替代指標來實現(xiàn)，其中最主要的就是利用碳氧穩(wěn)定同位素。

2.1 穩(wěn)定氧同位素

穩(wěn)定氧同位素是目前石筍重建古氣候應(yīng)用最為廣泛旳代用指標，取得了一系列的成果，亞洲季風(fēng)區(qū)溫度與降水δ18O的正相關(guān)關(guān)系被δ18O與夏季風(fēng)的強度的強烈的反相關(guān)關(guān)系所掩蓋，因此中國季風(fēng)區(qū)的石笑δ18O記錄主要代表了當時的降水氧同位素信息，反映的是夏季風(fēng)的強弱。由此可以看出石筍δ18O反映亞洲季風(fēng)的強弱，以及降水量和溫度的變化情況成為當前研究的主流方向之一。

2.2 穩(wěn)定碳同位素

石筍δ13C的變化較δ18O更為復(fù)雜，也存在其受到的影響因素較為復(fù)雜的情況，根據(jù)總結(jié)，主要影響因素為：①土壤CO2值的變化;②大氣CO2的δ13C及其濃度的變化;③植被密度的變化;④植被類型（C3、C4）的變化;⑤土壤溶液溶解圍巖碳酸鹽能力的變化;⑥含CO2溶液在溶解CaCO3時體系封閉條件的變化;⑦含飽和CaCO3的滲出水在洞穴中沉淀CaCO3的速度及其受物理化學(xué)條件影響的變化。正是因為影響因素的復(fù)雜多樣性，目前石聲對氣候的指代意義還存在分歧。

3全新世氣候記錄的發(fā)展前景

（1）目前利用石筍碳同位素重建古氣候還處于定性解釋階段，重建古氣候方面的研究還存在很多的不足，對于碳同位素來源的整個地球物理化學(xué)過程及其控制機制解釋不清楚，石筍中碳同位素各來源的貢獻率依然比較薄弱，需要通過理論創(chuàng)新與技術(shù)設(shè)備創(chuàng)新等手段改進公式或發(fā)表新公式，盡快建立更為科學(xué)的古植被重建定律或定量化公式，推動利用洞穴次生化學(xué)沉積物碳氧同位素重建古氣候向精確定量化方向發(fā)展;

（2）目前，泥炭腐殖化度作為氣候代用指標的研究仍在繼續(xù)，并且也表現(xiàn)出其優(yōu)點。盡管在研究中存在一些問題，但其作為氣候代用指標的有效性已經(jīng)得到很好的證實，在充分認識泥炭形成環(huán)境的基礎(chǔ)上，探討這一氣候代用指標在古環(huán)境研究中的價值。再者，泥炭在形成過程中，氣候是最基本的控制因素，其溫度、濕度同時影響腐殖化度的形成，即腐殖化度的高低記錄溫度與濕度的變化。同時腐殖化度的測定方法相對簡便、快捷，對實驗設(shè)備要求不高，有利于推廣與應(yīng)用。

參考文獻

[1] Thornalley D J R，Elderfield H，Mccave I N . Holocene oscillations in temperature and salinity of the surface subpolar North Atlantic[J]. Nature，2009，457（7230）：711-714.

[2] 劉子亭，楊小平，朱秉啟. 巴丹吉林沙漠全新世環(huán)境記錄的年代校正與古氣候重建[J]. 第四紀研究，2010，30（5）：925-933.

作者簡介

魏雨露（1989-），女，陜西西安人;學(xué)歷：碩士，工程師，研究方向：土地工程、水利工程相關(guān)研究。