第5章 第2节 第四纪冰期-间冰期变化

第二节第四纪冰期—间冰期变化1、环境特征第四纪环境以周期性的冷暖环境交替转换为特征，冷暖波动的幅度达10℃以上。与冷暖波动相联系的冰川体积变化约达5×107km3，海面升降幅度在100～150m。根据海洋微体古生物的氧同位素分析结果，自1.8MaBP以来可以分辨出61个冷暖阶段，构成30.5个冷暖旋回，其中奇数阶段对应温暖期，偶数阶段对应寒冷期。黄土古土壤序列是目前唯一已知的能与深海氧同位素记录对比的陆上沉积，如宝鸡的黄土剖面厚约160m，是最完整的黄土剖面之一，它于2.5MaBP前后开始堆积，由37个土壤地层单位组成，每个土壤地层单位包括一个黄土层和一个古土壤层或古土壤复合层，黄土层代表了冷干及粉尘堆积速率大的时期，古土壤则表明当时气候较为暖湿，粉尘堆积速率小。在深海氧同位素序列和我国黄土古土壤序列中均分别检测出地球轨道参数变化的几个特征周期，即偏心率周期（0.4Ma、0.1Ma），黄赤交角周期（41ka），以及岁差周期（23ka和19ka），表明第四纪冷暖波动周期与地球轨道参数周期相一致。因此，地球轨道参数变化可能是第四纪环境周期性变化的驱动力。黄土剖面和深海沉积物岩芯气候变化信息序列的谱分析结果（刘东生，1997）气候变化具有10万年的周期，其间还亦叠加着41000年和21000年的次一级周期。但在不同阶段，起主导作用的周期有明显的差别：2.5～1.6MaBP期间0.1Ma的周期很明显，0.4Ma的周期也很突出，其它周期成分的比例则很低；1.6～0.9MaBP之间，冷暖环境变化以41ka的周期最为显著，与黄赤交角的变化周期相对应，岁差和偏心率的几个周期成分不显著；0.9MaBP以来不仅波动幅度增大，而且变化频率降低，100ka周期为主要周期，与偏心率的变化周期相一致。在40kaBP以来表现得特别明显，在长周期变化之上叠加着41ka的周期以及23ka的周期（接近地球岁差变化周期）。虽然100ka的周期与地球偏心率变化的周期十分接近，但偏心率变化引起的太阳辐射变化分量不足以解释何以100ka在0.9MaBP以来成为主要周期，因此，有关100ka周期的起源和演化机制成为第四纪古气候研究中的一个重大疑难问题，目前所提出的各种解释均有待更多的证据。0.9MaBP以来，存在着大体以0.1Ma为主要周期的冰期、间冰期环境的转化。从末次间冰期（约125kaBP）到现在，全球环境经历了一个完整的冰期、间冰期旋回，此一旋回所显示的全球变化过程的下列特征，可以视为是第四纪冰期、间冰期环境转换的基本特征。2、转换过程的不对称性从间冰期向冰期的过程是缓慢的、阶段性的，缓慢的变冷过程可能会持续70～90ka，其间发生数次轻微回暖的阶段；从冰期向间冰期的变化却是迅速的，冰川融化只需要8ka的时间，冰川的退缩使环境迅速转变为现代的间冰期。3、环境要素变化的协同性与全球气候的大幅度冷暖变化相对应，各环境要素呈现协同变化的特征。变化过程的一致性说明它们的变化不是孤立的，彼此之间是按某种方式联系在一起的。北半球冰盖的发育按照这样的模式：冰雪积累形成冰盖的过程十分缓慢，但冰川融化、冰盖退缩的过程却十分迅速，冰盖随冰期—间冰期的转换发生大幅度的往复进退（以深海δ18O的变化为代表）。珊瑚礁阶地所记录的海平面变化与深海氧同位素的变化大体同步。陆上的黄土记录显示，深海氧同位素记录的间冰期或间冰段对应于形成古土壤的温暖湿润时期，冰期或冰段对应于黄土迅速堆积的冷干时期；冰芯记录也显示，冰期时极地降水减少，粉尘浓度增大，温室气体CO2和CH4的含量减少；间冰期时降水增多，粉尘减少，温室气体含量增加。4、状态转换过程中的时滞现象冰期与间冰期环境的转换是一个驱动与响应的复杂的非线性过程，不同圈层由于性质的不同而呈现不同步变化的特点。粒度代表的冬季风记录先于由磁化率代表的夏季风记录的变化5、快速变换事件D-O颤动（Dansgaard-Oeschegar

oscilations）Heinrich事件。新仙女木事件1）D-O颤动即丹斯戈德一沃舒哥振动（Dansgaard-OwechgerOscillations）。是指在末次冰期内气候发生的千年级的、快速的、大幅度的冷暖变化事件，即D-O振动事件。在D-O振动中，每一个暖期之后紧接着是一个冷期，气温可在短短几十年内变动，年均变化幅度为5~7℃，周期1000~3000a（格陵兰冰芯记录）。通常是突然变暖的，温度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500～2000a。在110～15kaBP期间共有23次D-O事件，其中所记录的某些寒冷阶段在北大西洋的海洋沉积中也有记录。KaBP2）Heinrich事件1988年，Heinrich发现末次冰期北大西洋深海沉积物岩芯中常包含数6层陆源冰漂砾含量增多的沉积物，表明末次冰期内曾发生过多次北极冰山向海里倾泻的事件，代表大规模冰山涌进的气候效应而产生的快速变冷事件，又称冰筏事件。6次时间为：69000、36000aB.P、52000、27000、21000、14300aB.P.。使大气温度又降低3~6℃，周期5000~10000a，持续时间200~2000年，随后却突然升温，在短期内温度变幅可达5℃。可能是末次冰期北半球普遍的气候振荡事件，在湖泊沉积物中以及中国的黄土有记录。Heinrich事件与D-O事件的关系明显：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颤动中的显著寒冷阶段，每次寒冷的Heinrich事件之后又有较暖的D-O事件。与Heinrich事件相当的信号在北太平洋深海沉积、中国的黄土堆积和南海的深海沉积、南美山地冰川、甚至南极冰芯等多种记录中都有发现，为全球性的气候事件。3）新仙女木事件（YoungerDryas）在瑞士Gerzensee（吉森）湖氧化钙沉积和格陵兰冰芯的记录显示，13kaBP前后出现了升温幅度高达4℃以上的突然增暖，此后出现持续约2000年的冷暖交替振荡，在11kaBP前后，温度在数百年内突然下降6℃，使气候回到了冰期环境。此次强变冷事件被称为新仙女木事件（YoungerDryas）。新仙女木事件是根据丹麦哥本哈根北部阿尔露德剖面粘土层中所发现的八瓣仙女木花粉而命名的，持续时间1000年左右。新仙女木事件最初发现于西北欧，曾被认为是局限在欧洲的地区性事件。近年来，随着对快速变化事件的日益关注，在地中海地区、以色列、中国、太平洋、北美洲、澳大利亚、南美洲等世界的许多地区均发