气候变迁

大冰期与气候变化  历史时代的气候变化   气候变化对人类的影响

大冰期与气候变化

 
  关于地球远古时代的气候,由于时代太久远,因此我们的认识有些模糊不清。

  地球形成为行星大约在55亿年前,从那时候开始直到46亿年前,地球上充满了原始大气,并且开始逐渐逃逸;从46亿年前开始,地球进入到地质年代,逐渐产生次生大气;大约在30亿前,地球上出现生命,并开始改造地球大气;到寒武纪,大气才被生物改造成现在这个样子。但是,对于古生代以前的古气候,我们几乎一无所知,到了古生代,古气候状况才逐渐清楚起来。

  我们大体上已经知道,在地质时期反复经过了几次大冰期,其中从古生代以来,就有三次大冰期。它们是:震旦纪大冰期,古炭纪-二迭纪大冰期和第四纪大冰期。大冰期之间是比较温暖的间冰期。每两次冰期之间,大约是2-3亿年。

  为什么有这样长的周期呢?
  一种意见认为,可能与造山运动有关系。地质上的大造山运动,往往使地面起伏程度加大,全球变冷。因为山脉越高,引起大气的热机效率就越高,上升运动增强,云雨增多,反射率增大,地面接收的太阳辐射能量减少,地表变冷。

  三次大冰期与地质时代三次强烈的造山运动是相对应的。震旦纪大冰期产生在元古代末地壳运动以后,石炭纪-二迭纪大冰期与海西运动相对应,第四纪大冰期与喜马拉雅运动对应。这不是偶然的,现在喜马拉雅山还在升高,造山运动并未停止,所以第四纪大冰期还远未结束。现在喜马拉雅运动还不到7000万年,第四纪大冰期还只200多万年。所以这次大冰期还会延续下去,至少还要持续1-2万年。

  另一种意见认为,地质历史上的大冰期和大间冰期,是由于地球的黄道倾斜的大波动造成的。这种观点认为,黄道倾斜的范围是在0°与54°之间,黄道倾斜大的时期代表着冰川流行的时期,在三次大冰期期间,黄道倾斜曾有过10°-23.5°的变化。

  那么,造山运动为什么会有2-3亿年的周期呢?地球黄道倾斜为什么也会有2-3亿年的波动呢?澳大利亚人威廉斯认为,这种气候变迁与地球在银河系的位置有关系。因为地球不停地绕太阳公转,整个太阳系也绕着银河系中心公转,这样转一圈太阳系才又回到原来位置的时间约为2.5亿年。

我们说现在正处在第四纪大冰期中,其实,第四纪大冰期中的气候也有很大的变化,曾经出现过几次亚冰期和亚间冰期,变化的时间短则几千年,长则几万年或十几万年。

  在20世纪初,地质学家根据阿尔卑斯山区的资料,确定那里存在四次亚冰期的规律。这就是:群智亚冰期、民德亚冰期、里斯亚冰期和武木亚冰期,在这些亚冰期之间是亚间冰期。以后在北欧、北美、亚洲等地也纷纷找到了对应的亚冰期。在我国对应的亚冰期是:都阳亚冰期、大姑亚冰期、庐山亚冰期和大理亚冰期。

  在第四纪大冰期中,仍然有寒冷和温暖的更替。在寒冷时期,雪线高度下降,冰川前进,出现亚冰期,其中以民德(我国为大姑)亚冰期和里斯(庐山)亚冰期的冰川规模最大,群智亚冰期规模最小。在温暖时期,气温升高,雪线高度上升,冰川退缩,出现亚间冰期。民德一里斯(大姑-庐山)亚间冰期长达17-18万年。在第四纪大冰期,高纬度气温的急剧下降,导致两极地区形成永久冰盖;在亚冰期,冰川一直伸展到中纬度,在亚间冰期才退缩到高纬度。

  根据科学研究发现,从亚间冰期向亚冰期过渡时,气候常呈渐变形式,其中没有清楚的界线。从亚冰期向亚间冰期过渡时,气候常呈突变形式,两者之间有明确的分界线。科学家们称为终止线。在距今1.1万年前后出现了一条终止线,标志着最近一次亚冰期结束,随之而来的是一次新的亚间冰期,气候由冷增暖。

  在第四纪大冰期中,为什么会有亚冰期和亚间冰期的更替呢?

  按照南斯拉夫气候学家来兰柯维奇在20世纪30年代提出的理论,是由于地球轨道三要素的自然小波动造成的。地球轨道三要素是指:地球轨道的偏心率、地轴的倾斜度和春分点的位置。

  地球绕太阳公转的轨道是一个椭圆,太阳位于椭圆的一个焦点上。这样,地球处在轨道的不同位置,距离太阳的远近就不相同,获得的太阳辐射能量就有差异,如冬季在远日点,夏季在近日点,冬季就寒冷而漫长,夏季炎热而短促。地球轨道现在的偏心率是0.017,但是偏心率可以在0.001-0.054的范围内变动。它的变动周期约为96000年。偏心率的变化影响日地距离,从而影响太阳辐射强度,导致地球上的气候发生变化。

  地球在春分点处在地球公转轨道上的什么位置,将影响季节的起止时间,也会使近日点和远日点的时间发生变化。地球在春分点的位置沿着地球公转轨道向西缓慢地移动,大约每21000年,春分点的位置在地球公转轨道上移动一周。春分节气的时间,每隔70年就要推迟一天。现在北半球夏季远日,冬季近日,夏季比冬季长8天。大约10000年后,就会变成冬季远日,夏季近日,冬季反而会比夏季长8天。就是说,不太冷而且短促的冬季,将会变成寒冷而漫长的冬季。

  地轨倾斜又称黄赤交角,是地球上产生四季的原因。地轨倾斜度的变化,会导致回归线和极圈的纬度发生变化,从而改变地球上的季节。地轨倾斜使回归线在纬度22.1°-24.4°之间变化,使极圈在67.9°-65.76°之间变化。变动的时间周期41000年。地轨倾斜度增大时,回归线纬度升高,极圈纬度降低,高纬度的年太阳辐射总量增加,冬寒夏热、气温年较差增大,低纬度的年太阳辐射总量减少。地轨倾斜度减少时,高纬度冬暖夏凉,气温年较差减少,夏季温度低更有利于冰川发展。


  从第四纪更新世晚期,距今约1.1万年前后开始,地球从第四纪冰期中的最近一次亚冰期,进入到现代的亚间冰期,人们也称之为冰后期。这一段时间大体上相当于人类进入到有文字记载的历史时代。关于这时期的气候,挪威的冰川学家曾做出近10000年来的雪线升降图,说明雪线升降幅度并不小,表明冰后期以来,气候有明显的变化。我国有悠久的历史记载,竺可桢将这些记载加以整理分析,发现我国5000多年来的气候有4次温暖期和4次寒冷期交替出现。



  历史时代的气候变化

在公元前3000年-公元前1000年左右,即从仰韶文化时代到安阳殷墟时代,是第一个温暖期,这个时期大部分时间的年平均温度比现在高2℃左右,最冷月温度约比现在高3℃-5℃。

  从公元前1000年左右到公元前850年(周代初期),有一个短暂的寒冷期,年平均气温在0℃以下。

  从公元前770年到公元初年,即秦汉时代,又进入到一个新的温暖时期。

  从公元初年到公元600年,即东汉、三国到六朝时代,进入第二个寒冷时期。

  从公元600年到1000年,即隋唐时代,是第三个温暖期。

  从公元1000到1200年,即南宋时代是第三个寒冷期,温度比现代要低l℃左右。

  从公元1200到1300年,即宋末元初,是第四个温暖期,但是这次不如隋唐时那样温暖,表现在大象生存的北限,逐渐由淮河流域移到长江流域以南,如浙江、广东、云南等地。

  在公元1300年以后,即明、清时代以来,是第四个寒冷期,温度比现代要低1-2℃。

  近5000年来,虽然是寒冷期与温暖期交替出现,但是总的趋势是由温暖向寒冷变化,寒冷期一次比一次长,一次比一次冷。在第二次寒期,只有淮河在公元225年有封冻。而在第四个寒冷期的1670年,长江几乎都封冻了。

  有趣的事情是:挪威冰川学家用雪线高度表示气温升降,竺可帧用的是历史文献记载资料,结果却十分一致,说明冰后期以来的气候变化具有全球的普遍性,绝对不是一种巧合。

近代的气候变化

从1850年农业机械化开始以来,近100多年来的气候变化,我们称之为近代气候变化。近百年来气候变化的基本趋势是:1961年以后的世界气候与本世纪前半期相比有显著不同,而与19世纪后半期相类似。从19世纪末期开始,到20世纪40年代,是世界性气候增暖时期,增暖的趋势在20世纪40年代达到顶峰,以后温度下降,20世纪60年代后变冷更加明显,这次变化很可能是近10000年来的一次气候振动。

  这种振动可以从大气环流变化中得到解释。根据英国气候学家拉姆巴的说法,从1895年开始,世界环流突然由经向环流占优势的时期,转变为纬向环流占优势的时期。从此,纬向环流不断加强。到1940年前后达到最盛时期;随后,纬向环流又逐渐减弱,经向环流又逐渐加强,到1961年前后,纬向环流显著减退,重新恢复成为经向环流占优势的时期。

  在纬向环流强盛时期,气旋性活动增强,行星风系影响加剧,南北半球的气候带向两极方向移动。在纬向环流衰弱的时期,反气旋性活动加强,季风发达,南北半球高低纬度之间气流交换频繁。地球上的气候带向赤道方向移动。可见,世界环流型式的改变,对全球性气候变化的影响多么巨大。N2O、氯氟碳化合物(俗称氟利昂)对地面气候都有温室效应,所以人们称之为温室气体。人类活动排放出来的温室气体,使大气的温室效应增强,导致整个地球气温升高。自从产业革命以来,大气中二氧化碳含量上升约25%,甲烷上升160%,一氧化二氮上升8%,氟利昂以前根本就没有过。这些气体在大气中可以长期停留,使温室效应不断增强。根据气候学家们分析,由于温室气体的作用,到21世纪,地表气温可能升高1.5-4.5℃。地球增暖的结果,将使海洋变暖,南极大陆和格陵兰冰盖融化,海平面上升。由于工农业发达、人口稠密的地方,正好多分布在沿海地区,海平面上升会给人类带来严重的灾难。我国的所有海滨地带,都在遭受灾害的范围内,主要受灾地区可能是华北平原、长江三角洲和珠江三角洲地区。

气候变化对人类的影响


  人类影响气候,气候也影响人类。短时间的气候变化,特别是极端的异常气候现象,如干旱、洪涝、冻害、冰雹、沙暴等等,往往会造成严重的自然灾害,足以给人类社会带来毁灭性的打击。比如,1943-1954年孟加拉地区的暴雨灾害,引起了20世纪最大的饥荒,饿死人口达300-400万;1968年-1973年非洲干旱是非洲人民的一次大灾难,使得乍得、尼日尔、埃塞俄比亚的牲口损失70-90%,仅在埃塞俄比亚的沃洛省就饿死20万人。当然,这种打击往往是短暂的、局部的,虽然不至于影响生态系统,但是对人类造成的灾害却十分大。

  长期的气候变化,即使变化比较缓慢,也会使生态系统发生本质性的改变,使生产布局和生产方式完全改观,从而影响人类社会的经济生活。

  例如,在公元前3000-1000年的温暖时期,竹类在黄河流域直到东部沿海都有广泛分布;安阳殷墟发现有水牛和野猪等热带亚热带动物;甲骨文记载打猎时获得一象,表明殷墟的化石象是土产的,河南原称豫州就是一个人牵着大象的标志。商、周时代,梅子是北方人民重要的日常食品。《诗经》说:“若作和羹,尔唯盐梅”,可见当时梅子是和盐一样重要的食品,是做菜不可缺少的佐料。《诗经》说:“终南何月,有条有梅”。终南山在西安之南,宋代以来就无梅了。陕西、山西等地入民只好用醋代替梅。

  秦汉时期气候也比较温暖,《史记》记载当时经济作物的地理分布是“桔之在江陵,桑之在齐鲁,竹之在渭川,漆之在陈夏”。可知当时亚热带植物的地界比现在更加偏北。

  由于气候变化直接影响农作物的地理分布,必然会影响以农产品为原料的工业布局。例如,在先秦到西汉以前,我国丝织业布局是北丝南麻,丝织业绝大部分在黄河中、下游和冀中平原,当时最大的丝纺业中心在河北定县,其他较小的中心也都在河北,河南和山东一带,长江流域及南方各地则主要生产麻织物;西汉时期,蜀中仅以产麻布著名。虽然在东汉到魏晋以后,中原地区战乱频繁,经济下降剧烈,南方各地社会生活则相对安定,丝织业有所发展,可是北丝南麻的布局一直维持到隋唐时代。从气候变迁情况看,至隋唐时代,虽然气候也有变化,但是平均气温仍暖于现代,可见丝绸之路出现在北方是有原因的。

  北丝南麻布局的改变发生在宋代。由于气候变冷,气温已低于现代,北方不利于桑蚕生产生殖,再加上唐末五代时北方战乱,南方经济上升,丝织业规模逐渐超过北方。北宋时镇江、三台已形成为全国丝织业中心。南宋时,南京、常州、镇江、苏州都拥有巨大的丝织业生产能力。丝织业重心南移,正好相当于我国气候由温暖到寒冷的时期,这个历史经验是值得我们研究的。

  气候变迁对农业耕作也有影响,孟子(公元前372-前289年)和荀子(公元前313-前238年)都说,他们那个时候,齐、鲁(河北、山东一带)农业种植可以一年两熟。在这些地方直到解放初期,还只习惯于两年三熟。唐朝的生长季也比现在长,《蛮书》(约成书于862年)说,曲靖以南,滇池以西,一年收获两季作物,9月收稻,4月小麦或大麦。而现代由于生长季缩短,不得不种豌豆和蚕豆,以代替小麦和大麦。这种历史经验仍有现实意义。例如,如果气候变暖,就可以考虑双季稻向高纬度、向高海拔扩展;若气候变冷,就得采取措施,缩短水稻的生长时间。