全球环境变化(第五章)

9/14/20191（Tel.13835742205，E-mail:yuyajun0211@126.com）于亚军山西师范大学城市与环境科学学院2011年10月城市与环境科学学院课程全球环境变化（GlobalEnvironmentChange）第五章自然环境突变事件地外物体对地球的撞击作用不仅存在而且频繁发生。如：65MaB.P.有一颗直径约为10km的小行星撞击了地球，造成恐龙和三分之二的其他物种灭绝；15MaB.P.，一颗小行星撞在德国中部地区，形成一个直径700米以上的巨大坑洞。一、天体撞击事件第五章自然环境突变事件1.通古斯大爆炸（1）发生时间：1908年6月30日（2）地点：俄罗斯西伯利亚通古斯河附近（3）结果：威力相当于1500-2000万吨TNT炸药（1000个广岛原子弹），超过2153.2平方公里内的6000.4万棵树倒下。（4）原因：未解（20世纪最大的科学难解之谜之一）一、天体撞击事件（一）著名的陨击事件第五章自然环境突变事件2.吉林陨石雨（1）发生时间：1976年3月8日（2）地点：吉林市北郊（3）结果：共收集到大小陨石标本138快，碎块3000多块，总重超过2616kg，其中最大的1号陨石重1770kg。一、天体撞击事件（一）著名的陨击事件1976年3月8日下午，一个大火球在白天从天而降，随即分裂成许多小火球，随后许多陨石落地。其中最大的一块陨石吉林1号陨石冲击地面造成蘑菇云状烟尘，并且砸穿冻土层，形成一个6.5米深，直径2米的坑。吉林陨石属于橄榄石，即古铜辉石球粒陨石。它由近40种矿物组成，含有18种元素，是极为珍贵的宇宙样品。吉林陨石雨降落时，铺天盖地，呼号之声几百里外清晰可闻。落地的巨响和震波，震碎了无数民居的玻璃。场面之宏大，声威之巨猛，如同原子弹爆炸，然而，竟未造成一人一畜的伤亡，可谓一奇。吉林陨石雨第五章自然环境突变事件第五章自然环境突变事件3.美国亚利桑那陨石坑美国亚利桑那州的科科尼诺的陨石坑直径达1250m，深达175m，坑四周比附近地面高出35m~45m，起初普遍认为是一个熄灭的火山，后研究发现，该坑是大约50kaB.P.由一个直径约40m，重30×104t以上的铁陨石以12km/s的速度撞击形成的。一、天体撞击事件（一）著名的陨击事件第五章自然环境突变事件1.对局部环境的影响（1）强大的冲击波使地面可燃物燃烧，引发森林大火，导致大量烟尘和炭屑弥漫于大气；（2）撞击体本身携带的有毒物质（如镍）是地球环境恶化，生物中毒；（3）发生在海洋的撞击会形成强烈的海啸和地震；（4）撞击时大量气化物质进入平流层阻挡太阳辐射，引起全球降温，并抑制光合作用致使某些动物的食物链中断。一、天体撞击事件（一）撞击事件对全球变化的影响第五章自然环境突变事件2.对全球环境的影响巨大的天体撞击作用可能是海底扩张和大陆漂移等地球内部驱动过程变化的触发因素。研究发现，地质历史上巨大天体冲击的时间与大陆开始分离和海底扩张方向改变的时间几乎是一致的，同时，第四纪时期多次陨星体撞击地球事件曾造成地球磁场的倒转和气候变化。一、天体撞击事件（一）撞击事件对全球变化的影响第五章自然环境突变事件陨击期与大陆分离期、海底扩张改向期的对比陨击期大陆分离期海底扩张期约205MaB.P.北美和欧亚从冈瓦纳大陆分离、南极洲和印度语非洲分离（约202MaB.P.）大西洋开始形成约（203MaB.P.）约135MaB.P.南美和非洲分离、格陵兰从北美分离、印度从澳洲和南极洲分离（约147MaB.P.）北大西洋海底扩张变向（约147MaB.P.）约70MaB.P.格陵兰从欧亚分离、印度与塞舌尔群岛分离（约70MaB.P.）印度与南极洲、非洲与南美洲分离、方向改变（约70MaB.P.）约40MaB.P.澳大利亚从南极洲分离（约54MaB.P.）太平洋海底扩张改向，西南印度洋海岭海底扩张暂停（约53MaB.P）第五章自然环境突变事件1.D-O事件（Dansgaard-OeschegerOscillations）二、气候突变事件（一）气候快速变换事件格陵兰不同地点的冰芯记录显示，末次冰期（距今最近的冰期）期间存在多次短期变暖事件，温度可在很短的时间内增加6℃~7℃，从较现代低12℃~13℃增加到较现代低5℃~6℃，同时降尘减少4倍多，每次变暖持续的时间尺度约0.5ka~2ka，在110~15kaB.P.期间共有23次。第五章自然环境突变事件二、气候突变事件（一）气候快速变换事件2.Heinrich事件哈特穆特·亨里奇发现北大西洋末次冰期的沉积层中普遍存在6次大的冰漂碎屑沉积事件，反映了6次较大的冰山崩塌融化过程。并且，Heinrich事件与D-O事件的关系十分明显，每隔几次D-O事件，就出现一次Heinrich事件，Heinrich事件正是发生在D-O旋回的显著寒冷阶段。第五章自然环境突变事件二、气候突变事件（二）末次冰期的气候变化末次冰期包括两个冰阶和一个间冰阶，但前一个冰阶冰川所造成的地貌常被后一个冰阶的冰川所改造，目前所能见到的主要是盛冰期（25~15kaB.P.）的冰川遗迹。研究表明，盛冰期的气温约比现今低8℃~13℃，而中纬西风带气温比现在低15℃。雪线也明显低于现在，降水比现在少（相当于现在80%），中国季风区可能降水更少，蒸发量也明显减少。第五章自然环境突变事件二、气候突变事件（三）新仙女木事件(TheYoungerDryasEvent）1.定义：在12.9kaB.P.，温度在数百年内突然下降6℃，使气候回到冰期环境。2.得名由来：在欧洲丹麦哥本哈根北部黏土沉积层中，发现了北极地区的一种草本植物——仙女木的残骸。更早的地层里也有同样的两次发现，分别称为老仙女木事件和中仙女木事件。第五章自然环境突变事件二、气候突变事件（三）新仙女木事件（TheYoungerDryasEvent，YD）冰河世纪（第四纪大冰期）结束后，地球气候大约在1.7万年前开始变暖，气温回升。两极、北美和北欧的冰川开始消融，海平面上升。到了1.3万年前，北美和北欧的冰雪已经融化了相当大一部分，南北半球春暖花开，一片繁荣景象。但是，就在这时，在1.26万年前，气温又骤然下降，世界各地转入严寒，两极和阿尔卑斯、青藏高原等地的冰盖扩张，许多本来迁移到高纬度地区的动植物大批死亡。这一次降温是很突然的，在短短十年内，地球平均气温下降了大约7、8℃。这次降温持续了上千年，直到1.15万年前，气温又突然回升。3.新仙女木事件发生的过程第五章自然环境突变事件二、气候突变事件（三）新仙女木事件（TheYoungerDryasEvent，YD）4.新仙女木事件发生的原因：第一种理论认为：大约1.29万年前，有一颗小彗星撞击地球爆炸所产生的热量和压力可能融化了格陵兰冰层，致使墨西哥的海洋流发生了变化，从而改变了气流并对气候产生影响，并造成大量灰尘，而这些灰尘遮蔽了太阳光，降低了气温，最后危及到植物和动物，像北美长毛猛犸象、剑齿虎、树獭、美洲狮等灭绝，与此同时，克劳维斯人也突然消失。第五章自然环境突变事件二、气候突变事件（三）新仙女木事件（TheYoungerDryasEvent，YD）4.新仙女木事件发生的原因：第二种理论认为：第四纪冰期结束时，全球气温升高，北美大陆的劳伦泰德冰架开始融化，在公元前1万年左右，冰川融解开始加速，大量淡水进入北大西洋，导致全球海洋热盐环流终止，高纬度地区气温骤降，积聚了大量冰雪，冰雪反射增强导致地球吸收的太阳辐射减少，气温进一步降低，而更低的气温又导致冰雪覆盖面积进一步扩张，如此反复，是的地球在短时间内变得极其寒冷。第五章自然环境突变事件二、气候突变事件（三）新仙女木事件（TheYoungerDryasEvent，YD）5.新仙女木事件对全球变化的影响：（1）全球气温骤降，年平均气温降低6℃~12℃，北大西洋表层海水降温达10℃。（2）整个欧洲地区植被退化，，形成冻土苔原或干草原景观。土壤退化、湖泊干枯。（3）大量大型食草类动物死亡，如披毛犀、长毛猛犸象、爱尔兰巨鹿等彻底灭绝。（4）古代农业文明开始出现，如西南亚和我国长江三角洲地区诞生了农业。Thanks!第五章自然环境突变事件二、气候突变事件（四）西北欧地区全新世中期的“榆树衰败”（ElmDecline）事件1.概念：在全新世中期（5kaB.P.）在湖泊、沼泽沉积剖面花粉谱上，榆树花粉减少，细叶车前草、禾本科、菊科花粉、蕨类孢子等增加。2.反映的全球变化事实：气候恶化、土壤退化、植物病虫害、新石器时代土地利用方式转变、砍伐火烧毁森林、原始放牧或耕作、人地关系变化等。第五章自然环境突变事件二、气候突变事件（四）西北欧地区全新世中期的“榆树衰败”（ElmDecline）事件3.“榆树衰败”事件的基本特征阶段特征事件反映的环境变化第一阶段大西洋型混交栎林成分减少（主要是榆树），草本植物（如禾本科、菊科）增加人类开始大面积砍伐森林开辟空地第二阶段细叶车前草、谷物花粉大幅增加人类开垦的空地形成牧场、并少量种植谷物第三阶段人文因素指示花粉减少，榛子大幅度增加人类聚落迁移当地第五章自然环境突变事件二、气候突变事件（四）西北欧地区全新世中期的“榆树衰败”（ElmDecline）事件4.“榆树衰败”事件的发生时代研究表明，“榆树衰败”事件大致发生在5300aB.P.~4500aB.P.（新石器时代），所以将该事件发生时间定为5kaB.P.，持续的时间大概为430a~650a。第五章自然环境突变事件二、气候突变事件（四）西北欧地区全新世中期的“榆树衰败”（ElmDecline）事件4.“榆树衰败”事件的形成原因（1）气候变化说该观点认为，在5kaB.P.时，西北欧地区气候恶化，大陆度增强，特别是冬季气温降低，恶劣的气候条件导致榆树大规模的衰败。第五章自然环境突变事件二、气候突变事件（四）西北欧地区全新世中期的“榆树衰败”（ElmDecline）事件4.“榆树衰败”事件的形成原因（2）土壤演变说该观点认为，在5kaB.P.时，西北欧地区土壤严重退化导致榆树大规模的衰败。（3）病虫害蔓延说该观点认为，该事件是由荷兰榆树病造成榆树种群大范围衰败。第五章自然环境突变事件二、气候突变事件（四）西北欧地区全新世中期的“榆树衰败”（ElmDecline）事件4.“榆树衰败”事件的形成原因（4）人类因素说该观点认为，在5kaB.P.时，随着欧洲新石器时代的来临，原始混合型农业迅速发展，人类出于放牧的需要，大量砍伐榆树，使其根部长成次生灌丛，以便牲畜采食树叶，人们也大量采集其枝叶晒干做冬储用，因此，影响了榆树开花，造成花粉谱上的衰败事件。第五章自然环境突变事件三、地磁倒转事件（一）.地磁与地磁倒转1.地磁的产生——“地球发电机理论”地核高温、高压的条件使地球内部的金属元素（铁、镍）的原子核外电子被加速向外逃逸，因此，地幔层形成负电层，加之由于地球自转造成地幔负电层旋转（即旋转的负电场），由此产生了地球磁场。第五章自然环境突变事件三、地磁倒转事件（一）地磁与地磁倒转2.地磁倒转的原因（1）大气电场的改变来自太阳的宇宙射线（质子和电子）一部分被高空物质吸收，一部分进入大气层使大气产生电场，同时大气成分和气温变化对大气电场的增减起到调节作用，当气温升高到一定程度时（温暖期），大气的电场增强，就会破坏原有的地球磁场，造成地磁倒转。第五章自然环境突变事件三、地磁倒转事件（一）地磁与地磁倒转2.地磁倒转的原因（2）马勒的地球核幔边界沉积物质的“大雪崩”假设内地核（固态铁）地幔（大密度岩石）外地核（液态铁）第五章自然环境突变事件三、地磁倒转事件（一）地磁与地磁倒转2.地磁倒转的原因（2）马勒的地球核幔边界沉积物质的“大雪崩”假设马勒认为：外地核的液态铁不断结晶为固态，结晶过程中，液态铁中含有的轻物质（硫、硅）被释放上升到核幔边界，也被冷凝为泥泞状沉积物，由于核幔边界处地形起伏不定，在一些比较陡峭的地方，沉积物可能会滑落。在地下铁流和沉积物正常上升和下落时并不会强烈改变地球磁场，但在某些时候，这些沉积物可能发生剧烈的“大雪崩”，就可造成地磁混乱，