过去的7000万年

图1.8为白垩纪末期古地理，6500万年前．南极洲大陆已经接近南极，并将在未来4000万年左右的时间里继续漂移，直到更接近于南极的中心。在白垩纪晚期，北极有开阔的水域，开放的北冰洋一直持续到现在。现代的南北美洲大陆、欧亚大陆和非洲大陆仍处于分离的早期，留下了狭窄的大西洋和非常广阔的太平洋。随着大陆接近现代形态，它们将继续漂移;在我们讨论的这段时间里，大西洋一直在不断地变宽。

图1.9中的底栖有孔虫618O的记录很好地概述了过去7000万年的气候演变。raybet雷竞技最新在这一时期的开始，618O比现代海洋中的要低得多。它在5100万左右达到-0.1的最小值

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图1.8:6500万年前白垩纪末期大陆的位置。大陆显示在molweide地图投影上，北极在顶部，南极在底部。浅色区域是大陆，深灰色区域是海洋。

年前的事了。独立的地质证据表明，直到3600万年前，陆地冰川中才有大量的冰，所以在此之前¿18O的变化可以解释为极地海洋温度的变化。南极洲和格陵兰岛目前的冰融化将给海洋留下大约18O英镑。7%相对于VSMOW。把这个数据代入古温度方程，我们估计高纬度海洋温度为15.5摄氏度。这一估计适用于北冰洋或南极洲周围水域所达到的最冷季节温度。这远远高于海水的冰点，因此我们得出结论，海洋全年无冰，即使在现代气候非常寒冷的北极和南极地区也是如此。raybet雷竞技最新我们把这种气候状态称为raybet雷竞技最新温室气候raybet雷竞技最新．白垩纪晚期的极地温度比峰值温度低约4摄氏度，但仍足以保证无冰条件。

其他证据也支持温暖的北方高纬度条件和高于冰点的冬季条件。在21世纪初，第一批有用的北极深海海洋岩心被回收，对这些岩心应用的TeX-86代用物表明，在图1.9中标记的PETM峰值期间，北冰洋温度高达22摄氏度，前后温度在17-18摄氏度之间。化石植被北极的土地也支持在此范围内的温度。此外，大量的证据表明狐猴和鳄鱼能够在北纬高纬度地区生存，这表明冬季是温和的，因为这些生物无法在冰点以下的温度下存活很长一段时间。

虽然始新世和白垩纪晚期温暖无冰的极地条件的证据是明确的，但北极的性质热带气候raybet雷竞技最新有点问题。直到2001年，大多数古海洋学家会说，根据浮游有孔虫的18o，白垩纪的热带海面比现在的温度不超过两到三度，始新世的热带海面不比今天的温度高，甚至可能更冷。这就提出了“低梯度”气候的悖论——如何使地球升温到足以防止极地结冰，同时又不油炸热带地区。raybet雷竞技最新2001年，人们发现，大多数关于寒冷热带地区的证据都是虚假的，因为它们受到了沉积物的成岩变化的影响。幸存下来的未经修改的数据表明热带地区变暖了，但地震后留下的宝贵数据很少

1复合海洋岩心底栖有孔虫6o

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南极的冰

图1.9:过去7000万年底栖有孔虫¿18O (vs. PDB)的综合记录，基于几个数据的平均值海洋沉积物岩心．数据来自Zachos等人，2001年。

南极冰mNH冰

图1.9:基于几个海洋沉积物岩心的平均值，过去7000万年底栖有孔虫¿18O (vs. PDB)的复合记录。数据来自Zachos等人，2001年。

被成岩污染的数据被丢弃。渐渐地，新的沉积物和新的代用物出现了，故事继续发展。Tex-86代用物和Mg/Ca代用物现在表明，在始新世暖期，某些地方的热带温度高达34摄氏度甚至37摄氏度。在白垩纪晚期，热带地区的地表温度要低两到三度。这仍然给极的一个相当大的减少赤道的温度与现代气候相比，梯度有所下降，但问题不像以前那么严重了。raybet雷竞技最新可以肯定的是，热带海洋表面的温度不可能高达40摄氏度，因为浮游生物有孔虫在沉积记录中看到的生物不可能在如此高温下存活。数据的一个显著特征是，热带表面温度似乎在整个始新世保持相当稳定，尽管极地温度(由底栖有孔虫表明)在渐新世下降。

回到图1.9，我们可以看到，在5100万年前始新世的温度峰值之后，气候开始了一个漫长的滑向raybet雷竞技最新冰室气候raybet雷竞技最新记录后半段的特征在3400万年前的渐新世开始到温度峰值之间，最低极地温度下降了8摄氏度，这是由底栖¿18O所显示的。在这一点上，南极洲开始形成短暂的小冰原，最终在南极洲持续到2600万年前的更大规模的冰川作用中达到顶峰，在中新世开始之前。渐新世的冰川作用可以在¿18O上看到一条明显的沟渠。然而，南极洲冰川化的第一次尝试并没有持续多久，因为气候恢复并回到了普遍寒冷的时期raybet雷竞技最新南极的条件海冰，但陆地冰盖的体积低于目前体积的50%。这种情况一直持续到1500万年前，直到冰川重新滑向冰窖的状态。南极冰原再次扩张，但此时北半球陆地冰川作用尚未开始。第一个丰富的海冰证据出现在1400万年前，基于极地沉积物岩心中的冰筏碎片。在接下来的几百万年里，<518O的增加是由于持续的冷却和南极冰盖生长，在大约650万年前北半球主要冰原开始形成时达到顶峰上新世时期．此时，氧同位素开始出现大幅度波动，随着进入更新世，波动幅度增大。这些波动是由于冰盖的增减，主要是在北半球，换句话说，是“冰河期”的到来和结束。波动的性质将在1.10节中更详细地讨论。

什么解释了温室气候状态的性质，以及随后的温室/冰窖转变?raybet雷竞技最新这是另一个大问题。没有天体物理学的支持太阳能可变性在某种程度和类型上可以解释这种转变，因此人们的注意力主要集中在大气中温室气体含量的长期波动上。在显生宙这样的含氧大气中，二氧化碳是唯一已知的长期存在的温室气体，其浓度足以引起与显生宙相当的气候变化;raybet雷竞技最新要获得所需幅度的波动，需要通过水蒸气反馈放大直接的二氧化碳效应，而云反馈也可以极大地改变响应。在显生宙气候演化中，二氧化碳是主要因素的另一个很好的怀疑因素是，它在地球演化的各个方面都是中心参与者raybet雷竞技最新无机和有机碳循环，这提供了许多可能的机制，二氧化碳可以在长期内进化。显生宙气候演化的CO2理论仍有许多未解决的问题，但验证该理论的核心部分是理解其方法raybet雷竞技最新二氧化碳和水水蒸气的共同作用决定了行星的温度;必要的估计将在第4章给出。人们需要了解有多少二氧化碳才能解释始新世的变暖，然后才能确定是否有合理的地球化学机制可以导致所需的浓度。

检验温室/冰窖二分法的二氧化碳理论的最大障碍是难以估计过去的二氧化碳水平。有各种各样的地球化学和化石代用物可以用来解决这个问题。例如，藻类优先吸收13C的速度在某种程度上取决于它们生长的水中二氧化碳的浓度。化石土壤碳酸盐中的碳同位素也保存了过去二氧化碳的信息，就像化石树叶中的气孔密度一样。迄今已知的所有估计都存在相当大的不确定性。尽管如此，7000万年前二氧化碳浓度可能是现代工业化前值的6-10倍这一观点是有依据的。有证据表明，自那时以来，二氧化碳的含量普遍下降，但也有一些迹象表明，在上新世冰窖气候出现之前的某些时期，二氧化碳可能已经达到了相当低的水平。raybet雷竞技最新然而，这是一个迅速发展的课题，目前还没有定论。可以肯定的是，有已知的地球化学机制与尤里的反应而且硅酸盐风化，它们有可能引起所需量级的大气二氧化碳变化，并且在时间尺度上与观测结果一致。这些机制将在第8章中讨论。与任何气候问题一样，无论raybet雷竞技最新是在地球上还是在其他地方，云反馈的不确定性使测试气候响应理论的问题复杂化。这不是不可能的，部分答案在于调制云的反照率比如说，通过生物产生的硫化合物来形成云。此外，如果数据最终支持白垩纪和始新世温室气候的低梯度图景，就需要某种机制来防止热带地区过热，而两极则因二氧化碳升高而变暖。raybet雷竞技最新这也可能与云有关，或者与海洋环流的变化有关。甚至有人提出，在一个较暖的世界中，飓风强度的增加会引起引起低梯度气候所需的那种海洋环流变化，这有相当大的物理依据。raybet雷竞技最新

图1.9展示了一个相当重要的戏剧性气候事件。raybet雷竞技最新在古新世/始新世边界处<518O的峰值(图中标记为“PETM”，表示古新世/始新世热极值)并不是数据中的一个故障。它代表了一个真实的、突然的、大规模的瞬态暖事件。与过去7000万年的同位素变化范围相比，这个峰值看起来很小，但实际上，它代表着地球在一个暖峰值中完成了200万年的变暖，(仔细观察)在不到1万年的时间内开始，持续时间约为20万年。这种同位素漂移相当于全球变暖约4摄氏度;其他代理记录显示，北极和赤道的变暖程度相似，并延伸到深海。这一气候事raybet雷竞技最新件引发了大规模的物种灭绝底栖生物物种这可能是由于气候变暖、氧气枯竭和海洋酸化的共同作用。关于变暖原因的一个重要线索是，来自同一地核(未显示)的613C记录在同一时间显示了一个重大的负偏移，从大约+1.2%的值下降到偏移底部的大约0。这表明大量同位素轻碳灾难性地释放到气候系统中，这可能增加了大气温室效应并导致变暖。raybet雷竞技最新一种可能性是释放的甲烷来自非稳定的包合物海洋沉积物中的冰;另一种说法是，同位素轻的碳来自于陆地上突然暴露的有机碳库的氧化，释放出大量的二氧化碳。根据碳同位素记录的分析，估计有4000-6000亿吨碳被释放到海洋-大气系统中，如果释放的是有机物的话。相比之下，现代大气中以二氧化碳形式存在的碳含量为7000亿吨。这将大大增强大气的温室效应，尽管这种效应将在大约一千年后逐渐消失，在此期间，大约80%释放的碳进入海洋。现在还远远不清楚，一个人可以用自己手中的碳量来解释观察到的PETM变暖的幅度和持续时间。这是一个大问题。在本书中，我们不会回答这个问题，但读者将获得评估由不同数量的二氧化碳或甲烷引起的变暖所需要的工具，并且(在第8章)对大气和海洋之间碳的分配有一点深入了解。这些都是一个人必须掌握的工具，以便评估PETM的任何理论。

白垩纪是由一颗大的小行星或彗星(通常称为火流星)的撞击所闭合的。这被称为KT撞击事件(“白垩纪/第三纪”，第三纪是白垩纪之后的一个过时术语)。这一事件在图1.9所示的同位素记录中很少或没有表达，而是通过在全球范围内存在一层铱元素来识别。的陨石坑也被确认了，这样就可以估算出撞击器的能量。尽管在氧同位素记录中缺乏表达，但KT撞击物具有极端后果的影响。值得注意的是，它是恐龙杀手——尽管许多其他物种在同一时间灭绝了。对碳同位素记录的检查还表明，海洋碳循环在数百万年里一直处于高度扰动状态。与火流星撞击的后果有关的问题有很多。撞击导致灭绝的机制是什么?是直接的大风和高温，还是气候中一些更持久的变化?raybet雷竞技最新据估计，撞击器释放了大约5•1023焦耳的能量。这种能量与气候系统中的其他能源相比如何，它对大气和海洋有什么影响?raybet雷竞技最新大火对气候的影响有哪些更广泛的影响?它们会持续多长时间?raybet雷竞技最新 Does the impact cause a warming (perhaps through release of greenhouse gases) or a cooling (through lofting of a dust and soot cloud)? Some of the climate questions will be taken up in Chapter 4.

KT撞击事件是撞击事件的原型，它在整个地球历史上都是偶尔发生的重要事件。同样地，地球也经历了许多次大灭绝KT边界，并不是所有的都与火流星的撞击有明确的联系。所有的大灭绝引出大问题。

古生代						中生代			Ceno-zoic
寒武纪。我我我我[	Ordo-vician	银。J-l_L	Devon-1伊恩。1	assic	侏罗纪。	白垩纪i i i i 1 i i i	■+■

图1.10:显生宙已知的陆地冰川作用。高的阴影条表示大冰川期，冰的纬度达到50N或50S，而短的阴影条表示小冰川期。

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