冰期与间冰期之间的转换机制

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1、第六章第三节冰期与间冰期之间的转换机制一、冰盖与海水反馈（气温对水固液态转换的影响）北半球冰盖随冰期—间冰期的转换而发生大幅度的往复进退，但冰雪积累冰盖扩展的过程十分缓慢，冰雪融化、冰盖退缩的过程却十分迅速，成不对称变化的特点，这一过程既是对全球温度变化的响应，同时也对全球温度变化起到强烈的正反馈作用。气候变冷导致高纬度地区冰盖的积累与扩展，而陆地冰盖与海冰的扩大进一步促进了变冷；当气候变暖时，冰盖退缩，也存在同样的正反馈过程。与冰盖的扩张与收缩相关联的是全球海平面的升降。全球海平面的升降1、间冰期到冰期的转换在从间冰期向冰期

2、转换的过程中，气温下降，大量的水分被从海洋转移到冰盖中固定下来，导致全球海平面随着冰盖的强烈扩张而发生大幅度下降。由于冰期大洋缩小，海面蒸发减弱，导致全球降温减少，气候变干，陆地冰盖因缺少水分供应而不会无限制增大，使冰盖—反射率反馈不至于无限制增加。全球海平面上升2、冰期到间冰期的转换当从冰期到间冰期的过程开始后，气温升高，大量的水分从冰盖中返还到大洋中，导致海平面上升。1）融冰机制一：海平面上升会托起搁浅在陆架上的冰盖，使他们破碎并随海流向外海流动。这一过程的一个重要后果是，原先由浅海海冰支撑的位于陆地高处的冰体开始流动，内陆

3、冰穹上大量的冰流可能会因此而开始快速移动，快速流动的冰流会把内陆的冰体送到海边，随着内陆部分冰盖冰体的流失，会使冰盖变薄，这种冰盖消退过程通常被称为“下削”。这种机制的意义在于，冰盖作用的增强不是靠大气的增温使冰体融化，而是靠崩裂的海冰随海流飘走之后由海水的热量使冰融化。类似的过程也发生在陆地上冰盖边缘的冰水湖泊中。2）融冰的另一反馈机制：是使水汽减少，早期的融冰使大量淡水进入大西洋，如果这些淡水在咸水之上形成一个淡水层，寒冷的淡水限制了咸水的蒸发，并且使海水的范围扩大（淡水的冰点为0摄氏度，海水的冰点为-1.9摄氏度），减少向

4、陆地上冰盖供给水汽，促使冰盖进一步瓦解。二、大气温室气体的反馈与气溶胶反馈南极冰芯记录显示，温室气体C02与CH4，呈现与温度变化相同的趋势。这种强相关暗示着存在着大气通过温室气体的变化影响温度的反馈作用，使得变冷或变暖的程度加大。在增暖事件中，C02的变化与温度的变化几乎是同步的，但落后于日射变化。在变冷事件中，温度变化落后于日射变化，而C02的变化又落后于温度的变化。1）co2含量变化与全球温度变化大气co2含量变化部分是由与全球温度有关的生物的反馈作用调控的。大气co2变化可能主要是海洋的“生物泵”作用所产生的一种效应。在

5、冰期的寒冷时期内，海洋表面冷却增强，使得作为海洋表层生物生活空间的海洋混合层的深度增大，混合层的深度愈大，意味着有更多的浮游生物生长，因此有更多的碳被固定到深海沉积之中，相应的海洋表层从大气中获得更多的co2，导致大气co2的减少。相反，当冰期结束，全球温度开始升高以后，生物泵作用减弱，大气中的co2含量开始增加。此外，冰期大洋温度降低可使海洋溶解co2的能力增大，也导致大气中Co2的减少。在冰期的冷干环境下，陆地上干旱草原环境的扩张，强烈的黄土堆积，均可使陆地上土壤和沉积物固定碳酸盐的能力增大，导致大气中co2的减少。无论何种

6、原因造成的大气中co2减少，都会进一步加剧气候变冷的过程。海洋生物泵南极沃斯托克站冰层研究检测出过去450000年中二氧化碳、温度和尘埃变化情况。2）CH4含量变化与全球变化陆地上的沼泽湿地是自然界中CH4排放的主要源地，冰期CH4减少可能与冰盖扩展、海面下降、气候变干所CH4的变化可能主要是全球气候变化的结果，但其正反馈作用使得关系复杂化。3）大气水汽含量与全球气温变化冰期海面寒冷向大气输送的水汽含量减少，大气重视其含量减少，减弱了水汽作为温室气体的功能，其正反馈同样加剧气候变冷。但水汽减少使得天空云量减少，能增加入射的太阳辐

7、射，对变冷起负反馈作用。海陆间水汽循环大气水汽阻挡太阳辐射进入地面4）大气粉尘浓度与全球温度变化冰期降水减少，风速增大，经向环流增强，，浅海大量出露为大陆，陆地植被覆盖降低，有大量的尘埃由陆地吹向海洋，甚至到达南极中部，冰芯中粉尘浓度在冰期时增大，冰期最盛期冰芯中的粉尘浓度是冰后期的70倍。气溶胶粒子在大气中的载荷增大具有正反馈效应，能将太阳辐射反射回太空，从而加剧地面冷却，使冰期加剧。间冰期时情况相反。强沙尘暴席卷城市三、大洋传送带的变化大气水汽传输与海洋盐分传输之间存在密切的关系。。当水分从一个大的流域盆地输出到另一个流域时

8、，盐分仍留在原来的流域盆地。以此方式产生的盐分累计必定由全球海洋范围内的高盐度水体与地盐度水体的相互交换所抵消。由于盐分增加海水的密度，所以水汽运移的变化不仅导致大洋环流速度的改变，而且可导致大洋环流形态的改变。因此，大气与海洋以这样的非线性方式紧密连接在一起，