古气候raybet雷竞技最新

在这里，我们简要地回顾一下地球历史上气候演化的一些已知知识。raybet雷竞技最新图12.12列出了关键地质时期的标准术语。古气候研究是一个非常令人兴奋raybet雷竞技最新的研究领域，这是一个迷人的侦探故事，科学家们研究海洋和湖泊沉积物、冰川和冰原以及大陆沉积物中记录的过去气候的证据。过去气候的替代物是无数的，至少对raybet雷竞技最新外行来说，可能是奇怪的(packrat贝冢)，包括测量埋在海洋沉积物中的贝壳的同位素比率、厚度和

图12.12。关键地质时期的名称和日期。时间的单位是数百万年现在之前(我的)，除了全新世期间，过去的10000年(10k y)。

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树木年轮的密度，冰的化学成分，以及珊瑚的放射性。此外，新的代理还在继续开发。毫无疑问，在地球历史上，气候一直在持续变化，而且经常处于与今天截然不raybet雷竞技最新同的状态。然而，重要的是要记住，关于古气候的推断通常是基于稀疏的证据7，对过去气候的详细描述永远都不会有。raybet雷竞技最新尽管如此，对古气候的思考仍然是智力上raybet雷竞技最新的刺激(而且非常有趣)，因为我们可以让我们的想象力漫游，推测古代世界，以及它们可能告诉我们地球未来如何进化。此外，历史记录挑战和考验我们对气候和气候变化基本机制的理解。raybet雷竞技最新有了如此短的仪器记录，古气候观测对于评估几十年或更长的时间尺度上的气候变化至关重要。raybet雷竞技最新可以肯定的是，物理和化学定律(如果不是生物学定律的话!)没有随着时间的推移而改变，因此它们对可能发生或可能没有发生的事情施加了强烈的限制。

人们应该通过认识到观察在古气候中的关键作用来证明这一说法。raybet雷竞技最新有一些“硬的”旧石器时代的观察。例如，北美的冰川终点(冰碛)就是过去冰川作用范围无可争议的证据。正如我们的同事埃德·博伊尔教授提醒我们的那样，“如果不是地质学家们穿着泥泞的靴子爬山，冰河时代将会是礼貌的茶会闲聊。”

古气候和气候变化的理论和模型仍处于初级阶段。raybet雷竞技最新这在一定程度上是因为我们不仅必须处理气候系统的物理方面(本身就很困难)，而且还必须处理生物地球化学转换，以及在很长的时间尺度上，地质学和地球物理(参见图12.raybet雷竞技最新1)。了解生物地球化学特别重要，因为它经常需要欣赏和量化代理气候记录本身。raybet雷竞技最新此外，由于诸如H2O、CO2和CH4等温室气体与生命有关，我们面临着一个比仅仅将牛顿力学定律和热力学定律应用于地球更具有挑战性的问题。关于在古气候时间尺度上驱动气候变化的机制有许多想法，只有少数几个达成了共识，即使形成了raybet雷竞技最新共识，往往也很少有支持证据。

在这里，我们选择把重点放在这几个方面古气候记录raybet雷竞技最新在我们看来，这是一个广泛的共识，随着新的证据出现，不太可能受到挑战。在第12.3.1节中，我们回顾了已知的10亿年时间尺度上的气候演变，然后在第12.3.2节中，重点关注最近的7000万年左右。raybet雷竞技最新暖气候和冷气候分别在12.3raybet雷竞技最新.3节和12.3.4节讨论。我们以简要回顾证据来结束冰期-间冰期旋回气候突变(第12.3.raybet雷竞技最新5节)和全球变暖(第12.3.6节)。

12.3.1.raybet雷竞技最新地球历史上的气候

数十亿年来，地球一直支持着各种形式的生命，这表明地球的气候虽然不断变化，但在这段时间里一直保持在一个狭窄的范围内。raybet雷竞技最新例如，古代岩石上的标记是流水侵蚀的明确证据，原始生命形式可能至少可以追溯到35亿年。人们可能会认为，有一个天然的“恒温器”，确保地球永远不会太热或太冷。人们可能还会推断，生命会找到一种勉强生存的方式。

很明显，一定有某种恒温器在工作，因为天体物理学家已经得出结论，4B年前太阳的燃烧强度可能比今天低25-30%。第2章中讨论的那种简单的一维气候模型表明，如果raybet雷竞技最新遥远的过去的温室气体浓度与今天的水平相同，地球将在其存在的前三分之二左右的时间里处于冰冻状态这就是众所周知的太阳早期微弱悖论(见本章末尾的问题4)。要解决这一难题，需要恒温器的运行，使地球在遥远的过去变暖，并随着时间的推移补偿太阳强度的增加。如果恒温器与碳有关，那么我们必须解释大气中的二氧化碳水平是如何随着时间的推移而下降的，这一假设可能需要受到严格的挑战，但这是普遍的假设。

在很长的时间尺度上，人们必须考虑大气中二氧化碳与地下固体地球的交换化学风化作用．碳在火山爆发时以二氧化碳气体的形式从地球内部转移到大气中。在大陆岩石的化学风化过程中，大气中的二氧化碳被去除，这最终使碳沉积在海底沉积物中。见示意图图12.13。值得注意的是，火山活动输入二氧化碳的速度和化学风化作用清除二氧化碳的速度保持如此紧密的平衡，尽管输入和输出本身都发生了相当大的变化。

火山活动不太可能成为恒温器的一部分，因为它是由热量驱动的

事实上，在古气候记录中有迹象表明，地球可能在其历史上的几个时期(最有可能raybet雷竞技最新是在5亿至8亿年前)接近结冰，形成了所谓的“冰期”。雪球地球”。

图12.13。火山爆发时，地球内部的碳以二氧化碳的形式被注入大气层。大气中二氧化碳在地质时间尺度上的去除被认为发生在大陆岩石的化学风化过程中，最终被冲进海洋并埋在沉积物中。在地质时间尺度上，这两个过程一定是接近的，但不是完全平衡的。

图12.13。火山爆发时，地球内部的碳以二氧化碳的形式被注入大气层。大气中二氧化碳在地质时间尺度上的去除被认为发生在大陆岩石的化学风化过程中，最终被冲进海洋并埋在沉积物中。在地质时间尺度上，这两个过程一定是接近的，但不是完全平衡的。

无法对气候变化做出反应的地球内部资源。raybet雷竞技最新化学岩石风化另一方面，可能对气候和大气CO2浓度敏感，因为它是由温度、降水、植被和地形海拔和坡raybet雷竞技最新度介导的，这些因素紧密联系在一起(请记住第1.3.2节的讨论)。所以，论点是，如果火山活动增加在一段时间内，大气中的二氧化碳含量升高，由此产生的更温暖、更潮湿的气候可能会增强化学风化作用，增加二氧化碳的去除速度，减少温室效应，足以保持气候大致不变。raybet雷竞技最新相反，在寒冷的气候中，raybet雷竞技最新干旱条件下会降低风化速率，导致大气中二氧化碳的积聚和变暖趋势。科学家们激烈争论这种机制是否能调节大气中的二氧化碳;目前很难用观测或模型来验证这个想法。

无论调控机制是什么，当把有关大气二氧化碳水平和温度的零碎古气候记录在地质时期拼凑起来时，就会出现联系。raybet雷竞技最新图12.14显示了过去600年大陆冰川作用的综合证据，以及大气二氧化碳的估估值(从地质记录和地球化学模型推断)。这样的重建是有很大问题的，而且有很大的不确定性。我们看到，大气中的二氧化碳水平被认为在遥远的过去比现在要高得多，可能是400-500亿年前现在水平的10到20倍。此外，冰川作用似乎发生在低二氧化碳时期，而地球历史上的温暖时期似乎与二氧化碳水平升高有关。然而，温度和二氧化碳浓度似乎是共变的，这并不意味着因果关系。

除了太阳常数和温室气体强迫肯定也在推动图12.14所示的变化中起了作用。这些变化包括陆海分布和地形的变化(由板块构造驱动)、下垫面反照率和全球生物地球化学循环。盖亚假说(Gaia hypothesis)认为，生命本身在调节地球气候方面起着重要作用，为持续进化优化环境。raybet雷竞技最新另一种观点是海洋盆地是在地质时间尺度上演化的大陆漂移对海洋环流及其经向输送热量的能力施加了不断变化的限制。例如，图12.15显示了侏罗纪(170万年以前)、白垩纪(100万年以前)和始新世(50万年以前)的古地理重建。在第10章和第11章中，我们已经看到海洋的环流是如何深刻地受到陆地-海洋分布的几何形状的影响，因此我们可以肯定，过去海洋环流的模式，也许它在气候中的作用，一定是非常重要的raybet雷竞技最新

图12.14。(a)来自地球化学模型(连续线)的CO2浓度与代用CO2观测数据汇编(Berner, 1997年)(水平条)的比较。RCO2是过去大气中二氧化碳浓度与当前水平的比率。因此，RCO2 = 10意味着浓度被认为是目前水平的10倍。(b) CO2辐射强迫效应用Wm-2表示。(c) Wm-2中的CO2和太阳辐射强迫效应。(d)根据许多资料汇编得出的大陆尺度冰川作用的冰川学证据。修改自Crowley(2000)。

图12.14。(a)来自地球化学模型(连续线)的CO2浓度与代用CO2观测数据汇编(Berner, 1997年)(水平条)的比较。RCO2是过去大气中二氧化碳浓度与当前水平的比率。因此，RCO2 = 10意味着浓度被认为是目前水平的10倍。(b) CO2辐射强迫效应用Wm-2表示。(c) Wm-2中的CO2和太阳辐射强迫效应。(d)根据许多资料汇编得出的大陆尺度冰川作用的冰川学证据。修改自Crowley(2000)。

不同于今天。据推测，关键的海洋门户——连接主要海洋盆地的狭窄通道——的打开和关闭一直在发生变化气候变化的驱动因素raybet雷竞技最新通过调节海洋盆地之间的水、热和盐的交换量。例如，这可以改变海洋热量的经向输送，从而在冰川作用和冰川消退中发挥作用。有许多重要的门户。

25-20年前，将南美洲与南极洲分开的德雷克海峡(Drake Passage)开通，使南极洲被我们现在所说的南极绕极流(图9.13)隔离开来。这可能使得海洋更难将热量输送到南极，从而帮助南极洲结冰。然而，这个假设有时间问题。35亿年前，在德雷克海峡开通之前，南极洲首次出现了冰。13亿年前，在德雷克海峡开通之后，南极洲上空发生了最强烈的冰川作用。大约400万年前，中美洲在过去1000万年的隆起关闭了南北美洲之间的深海通道，形成了巴拿马地峡。在此之前，地峡是开放的，允许信风在大西洋和太平洋之间吹着温暖的、可能是咸的水。它的关闭可能支持墨西哥湾流将热带水域向极地移动，就像今天的气候一样，可能加强大西洋盆地的经向翻转环流，并有助于大西洋板块北纬地区变暖，如第11章所述。raybet雷竞技最新最后，有人认为3-4年前印度尼西亚海道的关闭是东非干旱化的前兆。

12.3.2.过去的古温度7000万年年:á18O记录

让我们放大到图12.14的最后70My周期。古记录表明

图12.15。(上)侏罗纪(170年前)，(中)白垩纪(100年前)和始新世(50年前)的古地理重建。Panthalassa是一个巨大的海洋，在旧石器时代占据了一个半球。泛古陆是的超大陆在另一个半球。特提斯海是三面(有时几乎是四面)被盘古大陆包围的水域，盘古大陆通常是“c形”的。

图12.15。(上)侏罗纪(170年前)，(中)白垩纪(100年前)和始新世(50年前)的古地理重建。Panthalassa是一个巨大的海洋，在旧石器时代占据了一个半球。盘古大陆是另一个半球的超大陆。特提斯海是三面(有时几乎是四面)被盘古大陆包围的水域，盘古大陆通常是“c形”的。

在过去的55亿年里，有一个从总体温暖到总体寒冷的广泛进展，其中叠加了显著的短期振荡。怎样才能弄清楚呢?基于氧同位素测量的一些关键支持证据如图12.16所示。海底沉积物提供了水柱气候条件的代理记录。raybet雷竞技最新一个关键的指标是518o——氧的两种同位素(18O和16o)比值的测量方法，它被有孔虫(生活在海洋表面或海底附近的生物)的方解石壳化石记录在海床沉积物中。原来壳层中的518O是海洋中的518O的函数海洋温度(有关518O的更详细讨论，请参阅附录a .3)。过去55亿年518O的记录表明深海温度大幅下降了14°C。换句话说，深海温度可能接近16°C(!!)，而今天观测到的温度为2°C(参见图9.5)。如果过了这段时间深海海洋在今天的气候中(注意图9.5中深海的温度表面是如何回到两极的)，那么人们可以得出这样的结论:两极的表面条件肯定也要温暖raybet雷竞技最新得多。事实上，这与其他证据来源是一致的，比如在60年前，在北极圈以北发现了棕榈树的化石和现代鳄鱼的祖先。

为了解释持续了数百万年的如此大的冷却趋势，人们需要援引一种持续了这么长时间的机制。根据第12.3.1节的讨论，至少提出了两个重要的观点作为可能的原因。首先，有人认为，图12.13中的平衡在这段时间内可能发生了变化，减少了CO2对大气温度的强迫作用，原因是(a)从地球内部输入到地球的CO2减少了

图12.16。从北大西洋70多米的许多沉积物岩心中分析的底栖有孔虫化石壳的5180个测量值的汇编。修正自Miller等人(1987)。

raybet雷竞技最新气候系统，作为率海底扩张随着时间的推移而减少，减少火山活动，以及(b)由于异常高海拔地形的物理和化学风化作用增强，大气中CO2的去除增加构造隆升．其次，有人建议向极地方向海洋热传输由于陆地和海洋分布的变化，以及门户的打开和关闭(详见第12.3.1节)，数量逐渐减少。

无论起作用的机制是什么，如图12.14所示，古记录表明，在过去的100多年里，地球经历了极度温暖和极度寒冷的时期。现在我们简要回顾一下“温暖”气候和“寒冷”气候可能是什么样的。raybet雷竞技最新

12.3.3.温室气候raybet雷竞技最新

在白垩纪地球是一个“温室世界”。“当时没有冰盖，海平面比现在高100-200米，这主要是由于所有冰盖的融化和海洋的热膨胀，比现在温暖得多。伟大的超级大陆盘古大陆的板块已经开始分裂，到100年前，人们已经可以认出来现在的大陆(图12.15)。高海平面意味着大部分大陆地区被淹没，有许多内陆湖泊和海洋。事实上，白垩纪这个词的意思是“白垩丰富”，反映了生活在许多内陆海洋和陆地上的生物所形成的石灰石的广泛存在美洲的湖泊时期。阔叶植物、恐龙、海龟和鳄鱼都生活在北极圈以北。

据认为，白垩纪是一个二氧化碳浓度升高的时期——可能是工业化前浓度的5倍(见图12.14)——这在一定程度上解释了它的巨大温暖。仅靠二氧化碳强迫不太可能解释这些温暖的极点，那里的温度可能比今天高25°C。一种被提出的解释是，海洋向极地携带的热量比现在多得多，使得两极更温暖，热带更寒冷。有人推测，深海可能比现在要温暖和咸得多，这可能是由于高盐度值引发的热带和/或亚热带对流，就像今天在东地中海观察到的那样。事实上，各大洲的格局可能有助于这一进程;特提斯海的存在(见图12.15中)和一个大的热带海道，延伸到亚热带纬度，在下沉分支的下面哈得来环流圈将干燥的空气带到地表，可能会增加蒸发，从而增加盐度海洋对流被触发，将温暖的咸水混合到深海。但这只是猜测。对这一过程进行合理的量化和建模是非常困难的，这样做的努力往往会以失败告终。

理解白垩纪古记录的另一个主要挑战是棕榈树和爬行动物在大陆内部存在的证据。鳄鱼和(幼小的)棕榈树不抗冻，这表明即使在北纬60°以北的一些纬度和大陆中部的冬季高峰期，温度也没有低于冰点，远离海洋的调节作用。然而，即使二氧化碳浓度急剧增加，模型也能模拟冬季大陆内部的冰冻状况。注意在当前气候中观测到的大陆内部温度的巨大季节变化(图12.2)。raybet雷竞技最新也许湖泊和小型内陆海有助于保持内部温暖。

12.3.4.寒冷的天气raybet雷竞技最新

在过去1世纪的大部分时间里，地球比现在要冷得多，冰向赤道方向的侵蚀要远得多(图12.14)。我们最了解的冰川气候是在raybet雷竞技最新最近一次冰川旋回的高度，即18 - 23k年前的末次冰期(LGM)，在此期间冰盖在21k年前达到了最大程度。在CLIMAP项目9中，LGM的气候raybet雷竞技最新重建主要采用了来自海洋沉积物的代理数据。厚厚的冰层覆盖着加拿大、美国北部(南至五大湖)、北欧(包括整个斯堪的纳维亚半岛、不列颠群岛的北半部和威尔士)和欧亚大陆的部分地区。对地表高程的影响如图12.17所示，应与图9.1所示的现代条件进行比较。芝加哥、格拉斯哥和斯德哥尔摩现在所在的地方，冰层厚度超过1公里。据认为，覆盖北美的劳伦蒂德冰盖的冰量大致相当于今天南极洲的冰量。海平面比现在低120-130米。请注意，图12.17所示的LGM的海岸线显示，例如，不列颠群岛与欧洲相连，今天存在的许多岛屿与亚洲和澳大利亚相连。大多数人生活在这些肥沃的低地，其中许多现在都被水淹没了。 Ice sheets on Antarctica and Greenland extended across land exposed by the fall of sea level. Moreover, sea ice was also considerably more extensive, covering much of the Greenland and Norwegian Seas, and persisted through the summer. In the southern hemisphere, Argentina, Chile, and New Zealand were under ice, as were parts of Australia and South America.

图12.17b显示了以LGM为中心的8月平均海温与现代8月海温之间的差异。这种重建的许多细节都受到了挑战，但其大致特征可能是正确的。平均海温比现在低4°C，北大西洋海温可能比现在低8°C以上。当时低纬度的气温似乎比现在低2°C。LGM的风比现在的气候更干燥，更强，灰尘更多。raybet雷竞技最新冰原，通过磨掉下面的基岩，非常有效地产生了各种大小的碎片，这些碎片被推到冰的边缘。在LGM，多风、寒冷、干旱的条件存在于冰的赤道。风刮起了颗粒更细的碎片，导致巨大的沙尘暴吹过地球表面，暴露出更多的大陆架区域。事实上，在格陵兰岛和南极洲钻探的冰芯中的冰川层比间冰期层携带更多的灰尘。森林萎缩，沙漠扩张。 Today the N. African and Arabian deserts are key sources of dust; at the LGM deserts expanded into Asia. One very significant feature of glacial climates evident in the paleorecord is that they exhibited considerably more variability than warm climates. For example, in an event known as the Younger Dryas, which occurred about 12k y ago, the climate warmed only to suddenly return to close to LGM conditions for several hundred years; see Fig. 12.23 and the discussion in Section 12.3.5.

可能解释LGM气候差异显著的关键因素是冰盖本身的存在，它们的高反照率将太阳辐射反射回太空，以及(见下文)较低的温raybet雷竞技最新室气体水平。据认为，古记录所表明的冰川时期明显的气候变化可能与冰川融化产生的大型raybet雷竞技最新内陆湖有关，这些内陆湖可能与海洋隔绝了数百年，但后来断断续续地，也许是突然排入海洋。有人认为，这种浮力流体在北大西洋北部表面的突然排放可能对海洋产生了重大影响

9CLIMAP(气raybet雷竞技最新候:远程调查、测绘和预测)是20世纪70年代和80年代的一项重大研究项目，其结果是基于海洋沉积物的代理数据绘制了最后一次冰期最大时期的气候状况地图。

图12.17。(a)末次盛冰期CLIMAP高程重建。白色(黑色)区域代表高度超过(小于)1.5公里的地形，并表示被冰覆盖的地区。的海洋的深度用灰度表示(暗表示深)。白色等高线标出了4公里深的等深线。此图应与图9.1进行比较。请注意，由于海平面下降了120米左右，海岸线相对于现代的变化。(b) LGM的8月海温(来自CLIMAP)减去现代气候的8月海温(°C)。raybet雷竞技最新棕色区域代表负值，绿色区域代表正值。

图12.17。(a)末次盛冰期CLIMAP高程重建。白色(黑色)区域代表高度超过(小于)1.5公里的地形，并表示被冰覆盖的地区。海洋的深度用灰度表示(暗表示深)。白色等高线标出了4公里深的等深线。此图应与图9.1进行比较。请注意，由于海平面下降了120米左右，海岸线相对于现代的变化。(b) LGM的8月海温(来自CLIMAP)减去现代气候的8月海温(°C)。raybet雷竞技最新棕色区域代表负值，绿色区域代表正值。

海洋经向翻转环流的强度及其向极地输送热量的能力。

12.3.5.冰期-间冰期旋回

图12.18的左框显示了过去250万年中518O的记录，记录在北大西洋亚极地沉积物中的有孔虫方解石中。在大约80万年前，人们观察到跨越2M y左右的显著振荡，周期约为40k y。在80万年前，记录变化的性质与较长周期的波动叠加在一起。这些是大约10万y时间尺度上巨大的冰期-间冰期转移的信号。大约有7个这样的例子

图12.18。左图:北大西洋次极地底栖有孔虫方解石壳中记录的过去250万年的<518 O。所示为数十个<518 O记录的平均值海洋沉积物岩心(Huybers, 2006)。数值报告为过去100万年平均<518 O的异常值。负值越多(向右)表示温度越高，冰量越少。右:< 518o的冰在过去的50ky测量GISP2专门(Grootes and Stuiver, 1997)。与< 518o的贝壳相比，< 518o的冰的负值越小，表明大气温度越高，在格陵兰岛附近。

图12.18。左图:北大西洋次极地底栖有孔虫方解石壳中记录的过去250万年的<518 O。所示为从各种海洋沉积物岩心取样的数十个<518 O记录的平均值(Huybers, 2006)。数值报告为过去100万年平均<518 O的异常值。负值越多(向右)表示温度越高，冰量越少。右图:在GISP2冰芯中测量的过去50千年间小于518 O的冰(Grootes和Stuiver, 1997)。与< 518o的贝壳相比，< 518o的冰的负值越小，表明大气温度越高，在格陵兰岛附近。

在此期间，欧洲和北美的温带森林一再被苔原和冰取代。在北美和斯堪的纳维亚地区，冰周期性地积累，直到覆盖了2-3公里高的丘陵和山脉，正如上次在LGM观测到的那样(见图12.17)，今天只在格陵兰岛和南极洲。

这样的冰期-间冰期信号并不局限于北大西洋。质上相似的信号在来自世界各地的不同种类的古记录中很明显，包括深海沉积物、植物的大陆沉积物和冰芯。它们揭示了地球上明显的气候范围，在raybet雷竞技最新冰期和间冰期条件。

特别是，从冰川中提取的冰芯可以提供当地的气温、降水率、灰尘和过去的直接记录微量气体浓度二氧化碳和甲烷。迄今为止从南极洲钻探的最深岩心(> 3公里)记录了700年的气候变化历史，如图12.19所示。raybet雷竞技最新地核揭示了南极空气温度和温室气体浓度的振荡，其周期约为100k年。然而，请注意，这些振荡并没有完全相同的周期。在南极记录中看到的六到七个周期中，最近的两个周期比以前的周期要长一些。

图12.18和12.19中明显的100ky信号被认为是广泛地理区域气候变率的代表。raybet雷竞技最新例如，科学家们激烈争论南极洲的变化是导致还是滞后于格陵兰的变化，或者二氧化碳的变化是导致还是滞后于温度的变化。这是非常困难的，因为在记录内部和记录之间的“时钟”的精确设置是不确定的。在这里，我们简单地指出，在零阶时，低频信号似乎在全球的广大地区共变，这强烈地暗示了全球尺度的变化。

在图12.19中看到的振荡具有典型的“锯齿”模式，这是跨越冰期-间冰期旋回的许多记录的典型特征，经过长时间的冷却进入冰期状态，然后迅速变暖到接下来的间冰期。在冰快速融化期间，二氧化碳含量会突然增加。叠加在锯齿上的是不规则的高频振荡(将在下面讨论)。通常，每个冰期最冷的部分和二氧化碳浓度最低的部分都发生在冰川终止之前。温度波动(代表地表条件)的幅度约为12°C，二氧化碳水平在180至300 ppm之间波动。南极的尘埃记录也证实了大陆的干旱。如12.3.4节所述，冰川时期的沙尘输送比间冰期更为普遍。最后，值得注意的是，目前的二氧化碳水平(2000年约为370 ppm;(参见图1.3)在过去700千年间是前所未有的。到本世纪末，几乎肯定会达到百万分之600。

米兰科维奇旋回

在10 -100天的时间尺度raybet雷竞技最新上，气候似乎受到地球相对于太阳的位置和方向变化的强烈影响。事实上，正如我们将要看到的，一些预期的时期在古记录中是可见的，但是直接的联系(相位和振幅)是更有问题的。地球轨道随时间的变化被称为米兰科维奇旋回11 .引起量和量的变化太阳辐射分布

10注意，冰芯中的18O/16O比值与CaCO3壳中的18O/16O比值与温度的关系相反(见附录A.3)。冷空气产生的雪比暖空气产生的雪的<518O值更低。因此，冰川冰的<518O值可以作为气温的代表，低值表明温度比高值低(见图12.18)。

Milutin米兰柯维奇(1879-1958)，塞尔维亚数学家，致力于根据地球接收到的太阳辐射的季节和纬度变化来制定气候的数学理论。raybet雷竞技最新在20世纪20年代，他发展了计算变化的改进方法地球的偏心，进动，随着时间倾斜。

图12.19。从南极冰中捕获的气泡中获得的大气二氧化碳(左)和甲烷(中)浓度的冰芯记录。40万年前的值来自Vostok (Petit et al, 1999)，而更早的值来自EPICA Dome C (Siegenthaler et al, 2005;Spahni等人，2005)。(右)在冰中测量的EPICA Dome C (EPICA社区成员，2004年)的S D浓度，与气泡相反，指示了当地的空气温度变化，类似于冰测量的S18 O。向右移动对应着变暖。

200 220 240 260 280 400 500 600 700 -440 -420 -400 -380

二氧化碳(百万分率)甲烷(十亿分之一)§d (千分率）

图12.19。从南极冰中捕获的气泡中获得的大气二氧化碳(左)和甲烷(中)浓度的冰芯记录。40万年前的值来自Vostok (Petit et al, 1999)，而更早的值来自EPICA Dome C (Siegenthaler et al, 2005;Spahni等人，2005)。(右)在冰中测量的EPICA Dome C (EPICA社区成员，2004年)的S D浓度，与气泡相反，指示了当地的空气温度变化，类似于冰测量的S18 O。向右移动对应着变暖。

在轨道时间尺度上到达地球在讨论地球轨道随时间的变化之前，让我们回到第五章中介绍的概念，并回顾一些关于地球绕太阳轨道和地球轨道的简单事实季节的原因．

想象一下，地球以圆形轨道围绕太阳运行，如图12.20a(左)所示。如果地球如果地球的自转轴垂直于轨道平面(即不倾斜)，我们就不会经历季节，白天和黑夜的长度在一年中永远不会改变，而且彼此相等。但

(b)倾斜

(b)倾斜

(c)旋进

图12.20。(a)地球轨道的离心率在100k y和400k y时间尺度上变化，从(几乎)零(一个圆)到0.07(一个非常微小的椭圆)。右图所示椭圆的偏心率为0.5，远远大于地球绕太阳轨道的偏心率。(b)的变化地球的倾斜地球的自转轴——倾角——在41k年的时间尺度上变化在22.1°和24.5°之间。地球的倾角目前是23.5°。(c)地球自旋矢量的方向进动周期为23k y。

现在假设自转轴倾斜成一个恒定的角度，如图5.3所示，而且，空间中的倾斜方向相对于固定的恒星是恒定的。现在，正如第5.1.1节所讨论的，我们将经历季节和白天的长度在全年中是不同的。当北半球(NH)向太阳倾斜时，太阳升得很高，白天较长，北半球受到强烈的辐射，处于夏季。当北半球远离太阳时，太阳在天空中保持较低的位置，白天变短，北半球受到的辐射水平降低，并经历冬季。这些季节差异在夏至和冬至达到顶峰。在现代，一年中最长的一天出现在6月21日(夏至)，最短的一天出现在12月21日(冬至)(见图5.4)。白天和黑夜的长度在春分时相等。因此，我们看到季节和一天的长短变化从根本上是由地球的倾斜控制的地球的轴远离轨道平面。地轴偏离轨道平面的倾斜称为倾角(见图12.20b)。在大约41ky的时间尺度上，它在21.1°和24.5°之间变化;目前是23.5°。斜度同时影响两个半球的年日照量。当倾斜很大时，高纬度地区的季节性变得更加极端，但对赤道的影响很小。

地球的轨道是然而，这并不完全是循环的。如图5.4和图12.20所示，地球以椭圆轨道绕太阳公转;地球到太阳的距离在近日点(地球到太阳最近的距离)的1.53亿公里和近日点的1.58亿公里之间远日点(地球和太阳之间的最远距离)。从图5.4可以看出，在现代，北半球冬至时地球与太阳的距离略近。冬季的辐射比地球遵循完美圆形轨道时略高。相反，在北半球夏至时，地球稍微远一些

图12.20。(a)地球轨道的离心率在100k y和400k y时间尺度上变化，从(几乎)零(一个圆)到0.07(一个非常微小的椭圆)。右图所示椭圆的偏心率为0.5，远远大于地球绕太阳轨道的偏心率。(b)地球自转轴倾斜的变化(即倾角)在41k年的时间尺度上变化在22.1°和24.5°之间。目前地球的倾斜是23.5°。(c)地球自旋矢量的方向进动周期为23k y。

远离太阳，所以北半球夏季辐射比地球遵循完美圆形轨道时略低。然而，这是一个相当小的影响，因为地日距离的变化仅为平均值的3%。然而，地球绕太阳轨道的偏心率(见图12.20a)是衡量太阳圆度的一种方法，它会增强或减少地球接收到的辐射强度的季节变化。离心率随周期约为100ky和400ky而变化。它调节季节差异和岁差，第三个重要的轨道参数。

岁差测量地球旋转轴的方向，它影响季节周期的大小，在两个半球是相反的相位。地球的自转轴相对于恒星以27天的周期进动。然而，这不是与气候相关的时期，因为地球偏心轨道的主轴方向也在移动。因此，气候学家将气候进动定义为地球自转轴相对于地球偏心轨道的方向。这有一个大约23k年的周期。今天的旋转轴指向北极星，因此设定了地球在其围绕太阳的轨道上到达远日点和近日点的日期(见图5.4)。目前，近日点落在1月3日，也就是冬至后的几个星期，所以北半球的冬天和南半球夏季比相对半球的相应季节略热。

我们在第5章和第8章讨论了控制的因素年平均温度作为纬度的函数，特别是对入射太阳辐射的纬度依赖性的重要性。这种纬度依赖性是由轨道参数．由于它们的周期性不同(见图12.21)，太阳辐射的复合变化非常复杂。它们是纬度、季节和时间的函数。

偏心旋进

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